JP4927313B2 - Diffraction pigment flakes and compositions - Google Patents

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Description

本発明は、一般的には、光学効果顔料に関する。具体的には、本発明は、回折顔料薄片と、選択された光学効果を作り出すための様々な回折構造を持つことができる回折顔料薄片を含む組成物とに関する。   The present invention relates generally to optical effect pigments. In particular, the invention relates to diffractive pigment flakes and compositions comprising diffractive pigment flakes that can have various diffractive structures to create selected optical effects.
幅広い用途のための様々な顔料、着色料、および箔が開発されている。例えば、パターン化された表面やセキュリティデバイスの作成などの用途において使用するための回折顔料が開発されている。回折パターンとエンボスは、その美的および実用的な視覚効果のために幅広い実用的な用途を持つ。   Various pigments, colorants, and foils have been developed for a wide range of applications. For example, diffractive pigments have been developed for use in applications such as the creation of patterned surfaces and security devices. Diffraction patterns and embossments have a wide range of practical uses because of their aesthetic and practical visual effects.
非常に望ましい1つの装飾的効果は、回折格子によって作り出される虹色の視覚効果である。この印象的な視覚効果は、光が回折格子からの反射によって色成分に回折されるときに起こる。一般的に、回折格子は、本質的に、山と谷の構造を形成するように材料内の列または溝から成る反復構造である。可視スペクトル内での望ましい光学効果は、回折格子が、反射面の特定の深さに一定間隔の溝を有するときに起こる。   One highly desirable decorative effect is the iridescent visual effect created by the diffraction grating. This impressive visual effect occurs when light is diffracted into color components by reflection from the diffraction grating. In general, a diffraction grating is essentially a repetitive structure consisting of rows or grooves in the material to form a crest and trough structure. The desired optical effect within the visible spectrum occurs when the diffraction grating has grooves that are regularly spaced at a particular depth of the reflecting surface.
回折格子等の構造の色シフティング(color shifting)特性は、特に、連続的な箔の上にホログラムイメージを形成するために使用されるときに周知である。上述されている回折面の1つの特徴は、肉眼で見える効果が、指向性の照明の元で良好に現れることである。良好に視準化されたメインの光源の元で見る角度または照らす角度によって色が連続的かつ急速に変化するのは、回折されたビームの各次数における波長に応じた光の角分散に起因する。これと対照的に、通常の室内光または曇り空からの光などの散乱光源では、回折着色料または回折イメージを照らすために使用したとき、回折着色料または回折イメージに含まれている視覚的な情報のほとんどが現れず、代表的に見られるのは、エンボス化された表面からの有色または無色の背景反射のみである。   The color shifting characteristics of structures such as diffraction gratings are well known, particularly when used to form holographic images on a continuous foil. One feature of the diffractive surface described above is that the effect visible to the naked eye appears well under directional illumination. The continuous and rapid change in color depending on the viewing angle or illumination angle under a well-collimated main light source is due to the angular dispersion of light as a function of wavelength at each order of the diffracted beam. . In contrast, scattered light sources such as normal room light or light from cloudy skies, when used to illuminate the diffractive colorant or image, the visual information contained in the diffractive colorant or image. Most of these are not visible, and only the colored or colorless background reflections from the embossed surface are typically seen.
不規則な印刷面上の透明な溶剤の中に回折粒子の小さな断片を拡散させることによって、このようなデバイスによって作り出される光学効果を利用しようとする試みがなされてきた。これらの試みとして、回折面に対する向きまたは照明の位置関係に応じて見る人が異なる色を知覚するように可視光を散乱させる、さまざまな回折構造があげられる。しかしながら、過去に作り出された構造のそれぞれには、多くの目的の場合に美的に望ましくないキラキラ輝く外観(glittery appearance)などの制限がある。   Attempts have been made to take advantage of the optical effects created by such devices by diffusing small pieces of diffractive particles into a transparent solvent on an irregular printed surface. These attempts include various diffractive structures that scatter visible light so that the viewer perceives different colors depending on the orientation relative to the diffractive surface or the positional relationship of the illumination. However, each structure created in the past has limitations such as a glittery appearance that is aesthetically undesirable for many purposes.
例えば、カリフォルニア州ロサンゼルス市のSpectratek Technologies Inc.社は、照らす向きまたは見る向きに応じて変化する色を作り出す粒子を形成する、相対的に大きな回折薄片を製造している。しかしながら、この薄片のサイズが大きいことも、鮮明なきらめき、すなわち「キラキラ輝く」外観の一因となる。この薄片は米国特許第6,242,510号に説明されていて、「多数の角度に光を反射するというプリズム板18の独特な能力により、見る人の視線が変化するにつれて絶えず変化するイメージが得られる。全体的な効果を最もうまく描写するなら、水晶の輝くきらめき、粉砕されたガラス、さらには星のまたたきにも似た、無数の小さな明るい反射である。」(第5欄、第56〜62行)と述べている。   For example, Spectratek Technologies Inc. in Los Angeles, California, manufactures relatively large diffractive flakes that form particles that produce colors that change depending on the direction of illumination or viewing. However, the large size of the flakes also contributes to a clear sparkle, that is, a “glitter” appearance. This flake is described in US Pat. No. 6,242,510, “The unique ability of the prism plate 18 to reflect light at a number of angles gives an image that changes constantly as the viewer's line of sight changes. The best possible depiction of the effect is a myriad of bright reflections, similar to the sparkling glitter of crystals, shattered glass, and even the flicker of stars. "(Column 5, lines 56-62) It has said.
これらの粒子は、Spectratek社の文献には、最小サイズ50×50ミクロンとして説明されている。この比較的大きなサイズのため、これらの粒子は個々の粒子として目に見える傾向にある。さらに、薄片の厚さが約12ミクロンであるため、比較的大きな100ミクロンの粒子でさえも、アスペクト比は約8:1であり、従って互いに対してと基板に対しての協調的な方向性が妨げられる。多くの塗装方法および印刷方法において50ミクロン未満の微粒子のニーズが高く認識されているにも拘わらず、粒子サイズの低減またはアスペクト比の向上(すなわち約8:1より大きい比)のいずれも商業的に利用可能ではなく、この原因は、恐らくはこの構造における厚いプラスチック膜層の延性である。これらの市販の薄片の分析から、薄片は、プラスチック膜の厚い層によって保護されている金属箔を有することが明らかになる。金属層は、回折構造を形成しており、この回折構造には、1 mmあたり約1,700〜1,800列(列/mm)に相当する間隔の、深さ約140 nmの直線の起伏が含まれる。   These particles are described in the Spectratek literature as a minimum size of 50 × 50 microns. Because of this relatively large size, these particles tend to be visible as individual particles. In addition, because the flake thickness is about 12 microns, even relatively large 100 micron particles have an aspect ratio of about 8: 1, thus a coordinated orientation with respect to each other and the substrate Is disturbed. Despite the high recognition of the need for fine particles below 50 microns in many coating and printing methods, either reduction in particle size or increase in aspect ratio (ie a ratio greater than about 8: 1) is commercially available. This is probably due to the ductility of the thick plastic film layer in this structure. Analysis of these commercially available flakes reveals that the flakes have a metal foil that is protected by a thick layer of plastic film. The metal layer forms a diffractive structure, which includes straight undulations with a depth of about 140 nm, with a spacing corresponding to about 1,700-1800 rows (mm / mm) per mm.
特定の用途においては、回折格子の連続的な箔の形式において達成することのできる色の連続的な変化は、薄片をベースとする顔料によって従来達成されていたものより好ましい。上に回折格子を持つという従来の構造と、この粒子を製造する従来の方法に起因して、このような粒子は、箔構造によって達成可能な光学的特徴を達成するのには適さない。従来、1つの構造パラメータを修正することは、光学的性能に有利性をもたらしうるが、必然的に別の重要な特性に悪い影響を与えていた。粒子が大きいときには、一定の方向性を持たないことは結果としてキラキラ輝く効果につながる。粒子が小さく、かつ方向性が良好でない場合には、複数の色がもはや区別されず、外観上は色が混ざる傾向となる。従って、良好に視準化された照明の下でさえも、見る人には、連続的な箔の明るく鮮明な色特性ではなく、不鮮明な色範囲(washed out color range)が知覚される。   In certain applications, the continuous change in color that can be achieved in the form of a continuous foil of a diffraction grating is preferred over that previously achieved with flake-based pigments. Due to the conventional structure with a diffraction grating on top and the conventional method of manufacturing the particles, such particles are not suitable for achieving the optical characteristics achievable with a foil structure. In the past, modifying one structural parameter could provide an advantage in optical performance, but inevitably had a negative impact on another important characteristic. When the particles are large, the lack of a certain directionality results in a sparkling effect. When the particles are small and the directionality is not good, the plurality of colors are no longer distinguished, and the colors tend to be mixed in appearance. Thus, even under well-collimated illumination, the viewer perceives a washed out color range rather than the bright and clear color characteristics of a continuous foil.
色シフティングタイプのセキュリティインクに必要とされるものなど、より均一な色を得るための1つの試みは、Lee氏(以下「Lee」と称する)による米国特許第5,912,767号に説明されている。Leeは、均一な外観を得るためには、1,600〜2,000列/mmの間の周波数の溝を有する(溝幅は0.4〜0.6ミクロン)回折特徴が円形に配置されている粒子が必要であることを開示している。1つの好ましい実施例の中で、Leeは、色の外観の均一性を向上させる1つの方法は、各粒子の中心からの距離に対して溝の間隔を変調することであることを開示している。しかしながら、円形の格子構造は、有効な列の数が、非常に小さい20ミクロン粒子の一部のみに対応する数に制限されることに起因して、単純な直線の格子タイプ構造を持つ同じサイズの粒子と比較して、明るさが非常に低くなりやすい。Leeは、粒子の厚さまたは粒子の深さに関して教示しておらず、また、このような複雑な粒子を製造するための効率的または経済的な方法を開発する動機付けとなるような性能の定量化を行っていない。   One attempt to obtain a more uniform color, such as that required for color shifting type security inks, is described in US Pat. No. 5,912,767 by Lee (hereinafter “Lee”). Lee needs particles with grooves with a frequency between 1,600-2,000 rows / mm (groove width 0.4-0.6 micron) and diffraction features arranged in a circle to obtain a uniform appearance Is disclosed. In one preferred embodiment, Lee discloses that one way to improve color appearance uniformity is to modulate the groove spacing relative to the distance from the center of each particle. Yes. However, a circular grid structure is the same size with a simple linear grid type structure due to the limited number of valid rows corresponding to only a fraction of very small 20 micron particles. Compared to the particles, the brightness tends to be very low. Lee does not teach about particle thickness or particle depth, nor does it provide performance that motivates the development of an efficient or economical method to produce such complex particles. Not quantified.
Kimoto氏ら(以下「Kimoto」と称する)による米国特許第6,112,388号は、金属箔を保護しかつ堅くするための無機誘電体層の使用を教えている。Kimotoは、最終的な粒子の厚さが約2.5〜3ミクロンの間であるように、1ミクロンというかなり厚い誘電体層を求めている。望ましい粒子サイズは25〜45ミクロンであるため、結果的にアスペクト比は約10:1〜22:1の間になる。このようなアスペクト比の下限では、コーティングまたは塗装された物品の表面に対して粒子の方向性が一定ではなく、このことは相対的に大きな厚さとの組み合わせにおいて、結果的に粗い外面につながる。粗い面は外観を損ない、自動車の塗料などの多くの用途において特に問題である。上面の厚い光沢コーティングによって粗さを部分的に隠すことができるが、コストと製造サイクル時間が増す。粒子サイズを大きくしてアスペクト比を改善すると、そのような粒子は塗装スプレーの用途には大きすぎ、観察されうるキラキラ輝く効果も増加する。このような粒子は他の塗装方法または印刷方法になじみやすいが、無機材料の破壊靭性を高めるだけの金属層の十分な厚さがないため、粒子は非常にもろく砕けやすい。従って、結果としての製品において高いアスペクト比の恩恵を得ることができない。   US Pat. No. 6,112,388 by Kimoto et al. (Hereinafter “Kimoto”) teaches the use of an inorganic dielectric layer to protect and stiffen metal foils. Kimoto wants a fairly thick dielectric layer of 1 micron so that the final particle thickness is between about 2.5 and 3 microns. The desired particle size is 25-45 microns, resulting in an aspect ratio between about 10: 1 to 22: 1. At such lower aspect ratios, the particle orientation is not constant relative to the surface of the coated or painted article, which, in combination with a relatively large thickness, results in a rough outer surface. A rough surface impairs the appearance and is particularly problematic in many applications such as automotive paint. Although the thick gloss coating on the top surface can partially hide the roughness, it increases cost and manufacturing cycle time. Increasing the particle size and improving the aspect ratio makes such particles too large for paint spray applications and increases the shining effect that can be observed. Such particles are amenable to other coating or printing methods, but the particles are very brittle and fragile because there is not enough metal layer thickness to increase the fracture toughness of the inorganic material. Therefore, the benefits of high aspect ratio cannot be obtained in the resulting product.
金属薄片のエンボス化は、回折粒子を製造するための従来の1つの手法である。しかしながら、永久的な変調高さを得るために金属薄片を塑性変形させる必要があるために、結果として、この粒子は明るい鮮やかな色を作り出すために必要な光学特性を持たない。例えば、Kato氏ら(以下「Kato」と称する)による米国特許第6,168,100号は、回折起伏パターンを有する金属薄片をエンボス化する方法を開示している。Katoの図7は、溝周波数の測定値が約1,300列/mm、深さ約800 nmの薄片の実際の顕微鏡写真を示している。この薄片の外観は、金属層の実際の厚さ(0.4〜1ミクロンの範囲内であることが提案されている)が溝の深さより小さいことにおいて波状である。光学的性能のためには表面の安定的な微細構造が必要であるため、エンボス化工程では金属箔を塑性的に変形する必要があり、その結果として、箔の厚さに対して溝の深さが大きくなる。結果としての波状構造は、溝の硬化効果(stiffening effect)に起因して溝方向を横切る方向には平坦さが維持されることを期待できるが、薄片の溝の方向には明確な湾曲も現れる。   Embossing of metal flakes is one conventional technique for producing diffractive particles. However, as a result of the need to plastically deform the metal flakes to obtain a permanent modulation height, the particles do not have the optical properties necessary to create a bright vivid color. For example, US Pat. No. 6,168,100 by Kato et al. (Hereinafter “Kato”) discloses a method for embossing a metal flake having a diffractive relief pattern. Kato's Figure 7 shows an actual micrograph of a slice with a groove frequency measurement of about 1,300 rows / mm and a depth of about 800 nm. The appearance of this flake is wavy in that the actual thickness of the metal layer (suggested to be in the range of 0.4 to 1 micron) is less than the depth of the groove. Since a stable microstructure of the surface is required for optical performance, the embossing process requires plastic deformation of the metal foil, resulting in the depth of the groove relative to the foil thickness. Becomes bigger. The resulting corrugated structure can be expected to remain flat in the direction across the groove direction due to the stiffening effect of the groove, but a distinct curvature also appears in the direction of the flake groove .
同様に、Miekka氏らによる米国特許第5,549,774号と第5,629,068号は、インク、すなわち金属薄片インク、金属効果インク、または光学堆積層から成る顔料を有するインクなどを、エンボス化された金属リーフィング(metallic leafing)の上に塗布することによって、着色料の光学効果を高める方法を開示している。これらの特許では、このようなエンボス化された金属リーフィング顔料は、塗装技術または印刷技術との両立性のために粒子サイズが10〜50ミクロンの間であることが提案されている。正弦波形状を持つ直線状溝の場合には、回折特徴の周波数が約600列/mmより大きく、深さが約500 nm 未満とすべきことが開示されている。   Similarly, U.S. Pat.Nos. 5,549,774 and 5,629,068 to Miekka et al. Describe embossed metal leafing (ink, metal flake ink, metal effect ink, or ink with a pigment comprising an optically deposited layer). Disclosed is a method for enhancing the optical effect of the colorant by coating on the leafing). In these patents it is proposed that such embossed metal leafing pigments have a particle size between 10 and 50 microns for compatibility with painting or printing techniques. In the case of a linear groove having a sinusoidal shape, it is disclosed that the frequency of the diffraction feature should be greater than about 600 rows / mm and the depth should be less than about 500 nm.
Miekka氏らによる米国特許第5,672,410号、第5,624,076号、第6,068,691、および第5,650,248号は、金属の厚さが10〜50 nmであるエンボス化された薄く明るい金属粒子を形成する工程を開示している。この工程は、エンボス化されたリリース表面(release surface)をアルミニウムによって金属被覆することによって達成される。これらの特許では、回折特徴の周波数を500〜1,100列/mmの間にすべきことと、エンボス化されたキャリアフィルムまたはキャリア基板に対応する構造を持つ多層の薄膜光学堆積層を形成するためにこの工程を使用できることが提案されている。しかしながら、薄い薄片は、薄片の望ましくない変形(湾曲、または平坦性からの逸脱)および/または破損につながることがあり、これによって微粒子の角度分解能と全体的な明るさが低減するため、エンボス化技術は薄い薄片によって制限される。   U.S. Pat. Yes. This step is accomplished by metallizing the embossed release surface with aluminum. In these patents, the frequency of diffraction features should be between 500 and 1,100 rows / mm and to form a multilayer thin film optical deposition layer with a structure corresponding to the embossed carrier film or carrier substrate It has been proposed that this process can be used. However, thin flakes can lead to undesired deformation (curvature or deviation from flatness) and / or breakage of the flakes, thereby reducing the angular resolution and overall brightness of the particles, thus embossing The technology is limited by thin flakes.
要約すると、従来の技術では、物体の表面に再構築および塗布されたときに集合的に何らかの色分散を作り出す、回折格子タイプの構造の微粒子を製造するさまざまな方法を教えている。従来の回折微細構造では、波長に基づいて可視光の特徴的な角度分散を生成するが、粒子の微細構造の別の観点とマイクロ工学では、あまり望ましくないキラキラ輝くかまたはきらめく外観を持つ粒子の集合が好まれる場合がある。このような外観は、従来の微粒子によって印刷または塗装された物品の最終的な外観に示される。このような印刷または塗装された物品の外観は、微粒子のサイズ、厚さ、および脆弱性によって明らかに制限される。従って、従来の回折微細構造を持つ微粒子は、湾曲した面の上に連続的な虹の中の鮮明な色帯域を生成する、美的に人を楽しませる塗料、印刷インク、またはラミネートを提供するうえで、いずれも効果的ではない。   In summary, the prior art teaches various ways to produce fine particles of a diffraction grating type structure that collectively produce some chromatic dispersion when reconstructed and applied to the surface of an object. Traditional diffractive microstructures produce a characteristic angular dispersion of visible light based on wavelength, but in another aspect of particle microstructure and microengineering, particles with a less desirable sparkling or shimmering appearance Sometimes a set is preferred. Such an appearance is shown in the final appearance of an article printed or painted with conventional particulates. The appearance of such printed or painted articles is clearly limited by the size, thickness, and fragility of the microparticles. Thus, conventional diffractive microstructure microparticles provide an aesthetically entertaining paint, printing ink, or laminate that produces a sharp color band in a continuous rainbow on a curved surface. Neither is effective.
米国特許第6,242,510号U.S. Pat.No. 6,242,510 米国特許第5,912,767号U.S. Pat.No. 5,912,767 米国特許第6,112,388号U.S. Patent No. 6,112,388 米国特許第6,168,100号U.S. Patent No. 6,168,100 米国特許第5,549,774号U.S. Pat.No. 5,549,774 米国特許第5,629,068号U.S. Pat.No. 5,629,068 米国特許第5,672,410号U.S. Pat.No. 5,672,410 米国特許第5,624,076号U.S. Pat.No. 5,624,076 米国特許第6,068,691号U.S. Patent No. 6,068,691 米国特許第5,650,248号U.S. Pat.No. 5,650,248 米国特許第5,549,74号U.S. Pat.No. 5,549,74 米国特許第5,858,078号U.S. Pat.No. 5,858,078 米国特許第4,756,771号U.S. Pat.No. 4,756,771 米国特許第5,571,624号U.S. Pat.No. 5,571,624
本発明は、回折顔料薄片と、回折顔料薄片を含む組成物に関する。回折顔料薄片は、表面に形成された回折構造を有する単層または複数層の薄片を含む。複数層薄片は、反射中心層の裏表両面に対称的に堆積されたコーティング構造を有することができ、または、反射中心層の周囲をカプセル化するコーティングによって形成することができる。回折顔料薄片は、塗料またはインクなどの液体媒体中に散在させて、その後にさまざまな物体に塗布するための回折組成物を生成することができる。   The present invention relates to a diffractive pigment flake and a composition comprising the diffractive pigment flake. The diffractive pigment flake includes a single layer or multiple layers of flakes having a diffractive structure formed on the surface. The multi-layer flakes can have a coating structure that is symmetrically deposited on both sides of the reflective center layer, or can be formed by a coating that encapsulates the periphery of the reflective center layer. The diffractive pigment flakes can be scattered in a liquid medium such as paint or ink to produce a diffractive composition for subsequent application to a variety of objects.
回折顔料薄片は、選択された光学効果を作り出すためのさまざまな回折構造が上に存在するように形成することができる。具体的には、回折顔料薄片は、向上した光学効果を作り出す物理的属性およびマイクロ工学的属性と、固有の回折表面微細構造とを持つように製造される。   The diffractive pigment flakes can be formed such that there are various diffractive structures on top to create a selected optical effect. Specifically, diffractive pigment flakes are manufactured with physical and micro-engineering attributes that create an improved optical effect and a unique diffractive surface microstructure.
薄片上の回折構造は、回折格子またはホログラムイメージパターンなどの光学干渉パターンでよい。望ましい光学効果に応じて、最適な回折効果を持つ薄片を製造するために、好適な格子状微細構造が選択される。このような光学効果は、例えば、見る人が位置を変えるにつれて変化および点滅する強力で目立つ光学効果を作り出すための、回折光学系と反射光学系の正しい組合せによって作り出される。本発明のいくつかの実施例は、高い周波数の回折格子を有し、色の選択と制御に関する幅広いオプションを提供し、より高い彩度の顔料を提供し、これらは利点である。格子の深さ、周波数、配置、および形式は、望ましい色と効果が達成されるように、本文書内の教示に従って選択することができる。   The diffractive structure on the flake may be an optical interference pattern such as a diffraction grating or a hologram image pattern. Depending on the desired optical effect, a suitable lattice-like microstructure is selected in order to produce a flake with an optimal diffraction effect. Such optical effects are created, for example, by the correct combination of diffractive and reflective optics to create a powerful and prominent optical effect that changes and blinks as the viewer changes position. Some embodiments of the present invention have a high frequency diffraction grating, provide a wide range of options for color selection and control, and provide higher chroma pigments, which are advantages. The depth, frequency, placement, and format of the grating can be selected according to the teachings in this document so that the desired color and effect are achieved.
本発明の1つの実施例においては、回折顔料薄片は、反射体層の裏表両面を覆う第一および第二誘電体層を有する中心反射体層を有する。これに代えて、誘電体層は、中心反射体層の裏表両面に接触するのみでよく、または、中心反射体層を実質的に囲む連続する外側層の一部を形成するように誘電体層を結合することができる。誘電体層は、回折顔料薄片に剛性と耐久性を与える。   In one embodiment of the invention, the diffractive pigment flake has a central reflector layer having first and second dielectric layers covering both the front and back sides of the reflector layer. Alternatively, the dielectric layer may only contact the back and front surfaces of the central reflector layer, or form a portion of a continuous outer layer that substantially surrounds the central reflector layer. Can be combined. The dielectric layer provides rigidity and durability to the diffractive pigment flakes.
本発明の別の観点によると、顔料媒体と、この顔料媒体内に分散されている複数の顔料薄片とを含む回折組成物が提供される。この顔料薄片は、本文書に開示されているさまざまな回折薄片のうちの任意の回折薄片を含むことができ、または、回折薄片と非回折薄片の混合を含むことができる。回折組成物は、独特な装飾的特徴と、視覚的に知覚できるセキュリティ特徴および視覚的に知覚できないセキュリティ特徴の両方とを追加するために、さまざまな物体に塗布することができる。   According to another aspect of the present invention, there is provided a diffractive composition comprising a pigment medium and a plurality of pigment flakes dispersed within the pigment medium. The pigment flakes can include any of the various diffractive flakes disclosed in this document, or can include a mixture of diffractive and non-diffractive flakes. The diffractive composition can be applied to a variety of objects to add unique decorative features and both visually perceptible and non-visually perceptible security features.
本発明の上記およびその他の特徴は、以下の説明と添付されている請求項からさらに完全に明らかになり、または本発明の実践から確認することができる。   These and other features of the invention will become more fully apparent from the following description and appended claims, or may be learned from the practice of the invention.
本発明の上に述べた利点および特徴と、その他の利点および特徴が得られる方法を明らかにするために、上に簡潔に説明した本発明について、添付されている図面に示されている特定の実施例を参照しながらより具体的に説明する。これらの図面は本発明の代表的な実施例のみを描いており、従って本発明の制限とはみなされないものとする。以下に、本発明について、添付されている図面を使用することによって追加の特性および詳細とともに説明および解説する。   To clarify the advantages and features described above and the manner in which the other advantages and features can be obtained, the invention briefly described above has been described with reference to the specific figures shown in the accompanying drawings. This will be described more specifically with reference to examples. These drawings depict only exemplary embodiments of the invention and are therefore not to be considered limiting of the invention. In the following, the present invention will be explained and explained with additional characteristics and details by using the attached drawings.
本発明は、回折顔料薄片と、回折顔料薄片を含む回折組成物とに関する。この回折顔料薄片と組成物は、独特な装飾的特徴を製品に追加するためと、視覚的に知覚できるセキュリティ特徴および視覚的に知覚できないセキュリティ特徴の両方をさまざまな物体に追加するために使用することができる。回折薄片は、幅広い光学効果を作り出すために、さまざまな単層または複数層構造のうちの任意の構造を有することができる。   The present invention relates to diffractive pigment flakes and diffractive compositions comprising diffractive pigment flakes. This diffractive pigment flake and composition is used to add unique decorative features to the product and to add both visually perceptible and non-visually perceptible security features to various objects be able to. The diffractive flakes can have any of a variety of single or multiple layer structures to create a wide range of optical effects.
望ましい光学的な色と光学効果に応じて、最適な回折効果を有する回折薄片を製造するために、好適な格子状微細構造が選択される。例えば、顔料薄片は、幅広い光学効果を作り出すために、1 mmあたり約1100の格子列(列/mm)以上の回折格子パターンなど、高い周波数の回折格子微細構造を含むことができる。   Depending on the desired optical color and optical effect, a suitable grating microstructure is selected in order to produce a diffractive flake with an optimal diffractive effect. For example, pigment flakes can include high frequency grating microstructures, such as grating patterns of about 1100 grating rows (mm / mm) or more per mm to create a wide range of optical effects.
本発明のいくつかの実施例においては、回折薄片は、回折光学系と反射光学系の正しい組合せによって作り出される、見る人が位置を変えるにつれて変化および点滅する強力で目立つ光学効果を作り出す。このような目立つ光学効果としては虹色効果が含まれ、これらの光学効果は、装飾的な特徴と視覚的に知覚できるセキュリティ特徴の両方を作り出すために使用できる。   In some embodiments of the present invention, the diffractive flakes create a powerful and conspicuous optical effect that changes and blinks as the viewer changes position, created by the correct combination of diffractive and reflective optics. Such prominent optical effects include iridescent effects, which can be used to create both decorative features and visually perceptible security features.
本発明の別の実施例においては、隠されたセキュリティ特徴を顔料薄片に形成することができる。このような実施例においては、回折効果は、紫外線(UV)または赤外線(IR)波長範囲内など、可視波長範囲の外側でのみ知覚される。この隠された特徴は、紫外線または赤外線の波長範囲内にのみ回折効果を優先的に作り出す格子を使用することによって形成される。例えば、約2500列/mm以上の格子周波数を有する薄片は、垂直入射時に約100 nm〜約400 nmの波長範囲においてのみ知覚可能である回折効果を作り出す。従って、このような回折薄片の存在を迅速かつ正確に検出するように従来の紫外線検出装置を設定することができるが、他方、人の肉眼ではこの回折構造の存在を検出することはできない。   In another embodiment of the present invention, hidden security features can be formed on the pigment flakes. In such embodiments, diffraction effects are only perceived outside the visible wavelength range, such as within the ultraviolet (UV) or infrared (IR) wavelength range. This hidden feature is formed by using a grating that preferentially creates a diffractive effect only in the ultraviolet or infrared wavelength range. For example, flakes having a grating frequency of about 2500 rows / mm or more create a diffractive effect that is perceptible only in the wavelength range of about 100 nm to about 400 nm at normal incidence. Therefore, a conventional ultraviolet detection device can be set so as to quickly and accurately detect the presence of such diffractive flakes, but on the other hand, the presence of this diffractive structure cannot be detected by the human naked eye.
本発明のさまざまな実施例においては、回折光学効果は、背景色の上の虹色の光学効果として視覚的に知覚される。用語「背景色」は、本文書において使用されるときには、回折面を散乱光の中で見ているときに存在する最も強い光を意味する。背景色は、有機層または無機層と、選択的または非選択的な単一または組み合わされた光学特性(例:吸収、発光、反射、散乱、蛍光、その他)との任意の組合せによって得ることができる。   In various embodiments of the invention, the diffractive optical effect is visually perceived as an iridescent optical effect over the background color. The term “background color” as used in this document means the strongest light that is present when looking at a diffractive surface in scattered light. The background color can be obtained by any combination of organic or inorganic layers and selective or non-selective single or combined optical properties (eg absorption, emission, reflection, scattering, fluorescence, etc.). it can.
本発明のいくつかの実施例においては、回折顔料薄片は、「無色の」回折顔料である。用語「無色の」は、顔料薄片によって作り出される背景色または彩度が存在しないことを表す。その代わりに、顔料薄片の背景は、彩度特性を持たずに、その明るさ特性内の暗(例:灰)から明(例:銀)までの範囲をとることができる。回折光学効果は、無色の顔料が物体に塗布されたときに灰または銀の背景の上の虹色の光学効果として視覚的に知覚される。   In some embodiments of the present invention, the diffractive pigment flakes are “colorless” diffractive pigments. The term “colorless” refers to the absence of background color or saturation created by the pigment flakes. Instead, the background of the pigment flakes can range from dark (eg, grey) to light (eg: silver) within its brightness characteristics without having a saturation characteristic. The diffractive optical effect is visually perceived as an iridescent optical effect on a gray or silver background when a colorless pigment is applied to an object.
本発明の回折顔料薄片は、向上した光学効果を作り出し、かつ従来の回折顔料における欠点を克服する物理的属性およびマイクロ工学的属性と、固有の回折表面微細構造とを持つように製造される。従来の回折微粒子顔料においては、反射される色は見る条件と照射条件に非常に敏感に影響されるため、回折微粒子は次にあげる相互に排他的な特性をあらかじめ持っている必要がある。すなわち、1)被コーティング物品の表面に実質的に平行な向き、またはその他の好ましい向きをすべての微粒子が協調的にとりやすくするために、粒子サイズが小さいこと、堅いこと、およびアスペクト比が高いこと、2)特性色の角度範囲および/または強度が制限されていること、3)小さな粒子サイズに特有の明るさの減少を克服するために、反射される光の明るさが向上していること、である。上記以外の特性が最適化されているとき、本発明の薄片上の単純な直線の格子構造は、同心的または空間的に変調された格子など、先行技術において提案されてきた格子構造における複雑なバリエーションよりも、高い明るさになる。   The diffractive pigment flakes of the present invention are manufactured to have physical and micro-engineering attributes that create improved optical effects and overcome the disadvantages of conventional diffractive pigments, and inherent diffractive surface microstructures. In conventional diffractive fine particle pigments, the reflected color is very sensitively influenced by the viewing conditions and the irradiation conditions, so the diffractive fine particles must have the following mutually exclusive characteristics. 1) Small particle size, firmness, and high aspect ratio to facilitate coordinated orientation of all particulates in a direction that is substantially parallel to the surface of the article to be coated, or any other preferred orientation. 2) the angular range and / or intensity of the characteristic color is limited; 3) the brightness of the reflected light is improved to overcome the brightness reduction typical of small particle sizes. . When properties other than those described above are optimized, the simple straight grating structure on the flakes of the present invention is a complex one in the grating structures that have been proposed in the prior art, such as concentric or spatially modulated gratings. Brighter than variations.
従って、この発明的な回折微粒子は、(小平板(platelet)または薄片の主軸によって定義される基準面に対する)高さにおける空間的変調などの回折構造を含む、少なくとも1つの高い反射性の層を有する堅い小平板または薄片状の粒子を有することが好ましい。この薄片は、反射層、堅く透明な保護膜、または堅い中心層のいずれかの機械的特性に起因して、相当に堅い。   Thus, the inventive diffractive microparticles comprise at least one highly reflective layer, including diffractive structures such as spatial modulation in height (relative to a reference plane defined by the platelet or flake principal axis). It is preferable to have hard platelets or flaky grains. This flake is considerably harder due to the mechanical properties of either the reflective layer, the hard transparent protective film, or the hard central layer.
本発明の薄片は、約500 nm〜約2 ミクロン(2,000 nm)、好ましくは約800 nm〜約1400 nm(1.4ミクロン)の物理的な厚さを持つように形成することができる。本発明の薄片は均一な形状ではないが、この薄片は、平均粒子サイズ、または薄片の主面を横切る「幅」として、約50ミクロンまたはそれ以下、好ましくは約25ミクロンまたはそれ以下を持つことができる。本発明の薄片の薄片厚さに対する薄片幅のアスペクト比は、少なくとも約10:1であり、好ましくは少なくとも約25:1である。   The flakes of the present invention can be formed to have a physical thickness of about 500 nm to about 2 microns (2,000 nm), preferably about 800 nm to about 1400 nm (1.4 microns). Although the flakes of the present invention are not of a uniform shape, the flakes should have an average particle size or "width" across the major surface of the flakes of about 50 microns or less, preferably about 25 microns or less. Can do. The aspect ratio of flake width to flake thickness of the flakes of the present invention is at least about 10: 1, preferably at least about 25: 1.
薄片上の回折構造の列周波数は、垂直入射から、垂直入射から少なくとも約60度までの入射角度で照らされたときに、1次または2次以上の回折ビームにおける可視波長の範囲に対応する光が、より高次の回折ビームにおける同じ範囲の波長から角度的に実質的に分離されるように、約1,200 列/mmより大きいことが好ましい。さらに、回折構造の振幅(格子においては溝の深さ)は、望ましい波長範囲および/または入射角度範囲にわたって1次以上のビームの強度が増すように、0次の回折ビームの強度が相当に抑圧されるような振幅である。従って、本発明の1つの実施例においては、回折構造は、少なくとも約1,400 列/mmの周波数と約160 nmより大きい溝深さとを持つ、直線のブレーズド(すなわち鋸歯形状の)格子である。本発明の別の実施例においては、回折構造は、少なくとも約2,000 列/mmの周波数と約160 nmより大きい溝深さとを持つ直線状の正弦波格子である。   The column frequency of the diffractive structure on the flakes corresponds to a range of visible wavelengths in the first or second order diffracted beam when illuminated at an incident angle from normal incidence to at least about 60 degrees from normal incidence. Is preferably greater than about 1,200 rows / mm so that it is angularly substantially separated from the same range of wavelengths in the higher order diffracted beam. In addition, the amplitude of the diffractive structure (groove depth in the grating) significantly reduces the intensity of the 0th order diffracted beam so that the intensity of the 1st and higher order beams increases over the desired wavelength range and / or incident angle range The amplitude is Thus, in one embodiment of the invention, the diffractive structure is a linear blazed (ie, sawtooth) grating with a frequency of at least about 1,400 rows / mm and a groove depth greater than about 160 nm. In another embodiment of the invention, the diffractive structure is a linear sinusoidal grating having a frequency of at least about 2,000 rows / mm and a groove depth greater than about 160 nm.
このような条件下では、最適なアスペクト比と粒子サイズにおける高い反射性と堅さは、適切なサイズの薄片が形状を複製しながら基板表面から離れるように、リリース可能な中間コーティング層を有する構造の表面を持つ基板の上に、複数の薄膜層を堆積させることによって得ることが好ましい。本発明の薄片は、薄いコーティング構造を形成する分野において周知である従来の薄膜堆積技術を使用して形成することができる。このような薄膜堆積技術の例として、以下に限定されないが、物理蒸着法(PVD)、化学蒸着法(CVD)、CVDのプラズマ改良型(PE)バリエーションであるPECVDまたはダウンストリームPECVD、スパッタリング、電解堆積(electrolysis deposition)のほか、個別の均一な薄膜層の形成につながるその他の同様の堆積方法があげられる。物理および化学蒸着法では、望ましくない表面粗さが導入されることなく、起伏の変化するなめらかな基板が適切に複製される。   Under these conditions, high reflectivity and stiffness at optimal aspect ratio and particle size is a structure with a releasable intermediate coating layer so that the appropriately sized flakes will leave the substrate surface while replicating the shape. Preferably, it is obtained by depositing a plurality of thin film layers on a substrate having the following surface. The flakes of the present invention can be formed using conventional thin film deposition techniques that are well known in the field of forming thin coating structures. Examples of such thin film deposition techniques include, but are not limited to, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced (PE) variations of CVD or downstream PECVD, sputtering, electrolysis In addition to electrolysis deposition, there are other similar deposition methods that lead to the formation of individual uniform thin film layers. Physical and chemical vapor deposition methods adequately replicate smooth substrates with varying undulations without introducing undesirable surface roughness.
回折薄片の1つの好ましい実施例においては、フッ化マグネシウム(MgF2)などの透明な誘電体材料を第一層と第三層として堆積させて、第二の(内側の)不透明なアルミニウム層の上の硬化保護層を形成することができる。MgF2層は、それぞれ約250 nm〜約450 nmの厚さであることが好ましく、アルミニウム層は、約80 nm〜約160 nmの厚さであることが好ましい。回折薄片の合計厚さは約1400 nm未満であり、約500 nm〜約900 nmが好ましい。 In one preferred embodiment of the diffractive flakes, a transparent dielectric material such as magnesium fluoride (MgF 2 ) is deposited as a first layer and a third layer to form a second (inner) opaque aluminum layer. An upper cured protective layer can be formed. Each MgF 2 layer is preferably about 250 nm to about 450 nm thick, and the aluminum layer is preferably about 80 nm to about 160 nm thick. The total thickness of the diffractive flakes is less than about 1400 nm, preferably about 500 nm to about 900 nm.
本文書における説明の大部分は、回折格子に関するものであるが、当業者には、多くの実施例において、格子をホログラムイメージパターンに置き換えることができることが理解されるであろう。   Although much of the description in this document relates to diffraction gratings, those skilled in the art will appreciate that in many embodiments, the grating can be replaced with a holographic image pattern.
回折格子の設計技術
本発明の1つの観点においては、回折格子理論を利用して、望ましい回折特性を持つ薄片または箔の製造に適する微細構造を選択する設計技術が提供されている。この手法においては、従来の光学ソフトウェアを使用してさまざまな格子形状をモデル化して、鏡面反射と回折次数の強度を抑圧および/または制御して最適な格子設計を得ることができる。モデル化のために、三角対称格子、三角ブレーズド格子、さまざまな上辺サイズの方形波格子、さまざまな溝周波数および深さ輪郭の正弦波格子など、さまざまな格子形状を選択することができる。次に、モデル化の結果を使用して、後述されるように顔料と箔を形成するためにコーティング層を堆積するための格子基板を選択することができる。特定のモデリング結果が、後の例のセクションに記載してある。
Diffraction Grating Design Technique In one aspect of the present invention, there is provided a design technique that utilizes diffraction grating theory to select a microstructure suitable for the manufacture of flakes or foils having desirable diffraction characteristics. In this approach, conventional optical software can be used to model various grating shapes to suppress and / or control specular reflection and diffraction order intensities to obtain an optimal grating design. Various grid shapes can be selected for modeling, such as triangular symmetric gratings, triangular blazed gratings, square wave gratings of various top sizes, sinusoidal gratings of various groove frequencies and depth profiles. The modeling results can then be used to select a lattice substrate for depositing a coating layer to form a pigment and foil as described below. Specific modeling results are described in the examples section below.
回折格子理論では、0次および連続する次数の効率を最適化することができ、これによって、望ましい光学特性を持つ、格子を持つ薄片を製造できることが示される。これらの薄片は、最終的な望ましい光学効果に応じて調整することができる回折光学特性を持つ。従来の顔料の色は見る角度が大きくなると急激に弱まるため、従来の顔料の屈折性、反射性、吸収、その他の光学特性の組み合わせに加えて、回折効果を導入することができる。この結果として、回折顔料は、見る角度が大きいときにさえも回折光の強いビームを作り出す。   Diffraction grating theory shows that the efficiency of the zeroth order and successive orders can be optimized, which can produce flakes with gratings with desirable optical properties. These flakes have diffractive optical properties that can be adjusted according to the final desired optical effect. Since the color of conventional pigments rapidly weakens as the viewing angle increases, diffraction effects can be introduced in addition to combinations of refractive, reflective, absorption, and other optical properties of conventional pigments. As a result of this, diffractive pigments produce a strong beam of diffracted light even when the viewing angle is large.
図1と2は、従来の回折格子10の作用の線図的な描写であり、多色光(白色光)がその成分波長(虹)に分離(回折)されるようすを示している。図1に示されているように、表面に垂直でない角度で格子表面に入射する光によって、ミラー効果色(mirror effect color)である0次または鏡面反射が作られる。回折格子10は、0次の反射を囲む1次の回折(-1次と+1次)を作る。同様に、2次回折が、1次回折より大きい角度に作られる。   FIGS. 1 and 2 are diagrammatic depictions of the action of a conventional diffraction grating 10 showing how polychromatic light (white light) is separated (diffracted) into its component wavelengths (rainbows). As shown in FIG. 1, light incident on the grating surface at an angle that is not perpendicular to the surface creates a zero order or specular reflection that is a mirror effect color. The diffraction grating 10 creates first order diffraction (-1st order and + 1st order) surrounding the 0th order reflection. Similarly, second order diffraction is created at an angle greater than the first order diffraction.
図2は、回折表面に入射する光の結果としての色効果をさらに示している。この場合、入射光は格子に垂直である。色の虹に対応する1次の色は、鏡面反射を囲む異なる角度に生成される。   FIG. 2 further illustrates the color effect as a result of light incident on the diffractive surface. In this case, the incident light is perpendicular to the grating. The primary colors corresponding to the colored rainbow are generated at different angles surrounding the specular reflection.
個別の角度の一意のセットと、格子の山の間の特定の間隔「d」に対して、格子の各小面(facet)からの回折光は、任意の別の小面から回折された光と同位相であり、このためこれらの光は式1によって記述されるように結合される。
Gmλ = sin α + sin β (式1)
この式において、G = 1/dは、溝の密度またはピッチであり、αは、入射光と格子の垂線の間の角度であり、βは、回折されたビームと格子の垂線の間の角度であり、mは、回折次数と称される整数である。m = 0の場合、全波長(λ)についてβ = - αであり、格子は鏡として作用し、波長は互いに分離されていない。これは、鏡面反射または0次と称される。
For a unique set of individual angles and a specific spacing "d" between the grating peaks, the diffracted light from each facet of the grating is diffracted from any other facet So that these lights are combined as described by Equation 1.
Gmλ = sin α + sin β (Formula 1)
In this equation, G = 1 / d is the groove density or pitch, α is the angle between the incident light and the grating normal, and β is the angle between the diffracted beam and the grating normal. And m is an integer called the diffraction order. For m = 0, β = −α for all wavelengths (λ), the grating acts as a mirror, and the wavelengths are not separated from each other. This is referred to as specular reflection or zero order.
角分散は、波長λと
の間のm次のスペクトルの角度の広がり
の尺度である。これは、
として定義され、この式は、溝の間の間隔が近い(周波数が高い)ほど角分散が強いことを示す。言い換えれば、ある次数mに対し、波長間の角度の分離は、溝の周波数が高いほど増す。
Angular dispersion is the wavelength λ and
M-th order spectral angular spread between
It is a measure of. this is,
This equation shows that the closer the spacing between grooves (the higher the frequency), the stronger the angular dispersion. In other words, for a certain order m, the angular separation between wavelengths increases as the groove frequency increases.
特定の格子周波数に対して、連続する各次数は大きいほど広くなる(角分散が強くなる)が、低い周波数の格子の場合にはスペクトルの重なりが生じる。このことは、次数間の角分散目標値(target angular dispersion)にもつながる。溝の間の間隔が近いほど、回折次数の間隔が広がる。言い換えれば、格子の溝の間の間隔によって次数分離(order separation)が決まる。   For a specific grating frequency, each successive order becomes wider as the order increases (angular dispersion increases). However, in the case of a low-frequency grating, spectrum overlap occurs. This also leads to a target angular dispersion between orders. The closer the spacing between grooves, the wider the spacing of diffraction orders. In other words, the order separation is determined by the spacing between the grooves of the lattice.
格子がより大きなサイズの粒子上に存在していると、粒子上に複数の格子列が存在するため、さまざまな次数の鮮明度が向上し、その結果として解像力が増す。解像力Rは、隣接するスペクトル線を分離する、格子の能力の尺度である。平らな回折格子の場合、解像力はR = mNによって与えられ、この式において、mは回折次数であり、Nは格子の表面上の照らされる溝の総数である。式1のmを置き換えることによって、より有意な式、
R = Nd(sin α + sin β)/λ (式2)
を得ることができ、この式において、量Ndは、単に格子の幅(W)である。式2によって表されているように、Rは次数にも溝の数にも明示的には依存しない。これらのパラメータは、格子幅と、入射および回折の角度に含まれる。この場合、達成可能な最大解像力は、Rmax = 2W/λである。理論的な解像力が実際に達成される程度は、格子面の光学的品質にも依存する。一般的には、平面格子の場合、平坦からの逸脱がλ/10より大きいと、解像力の損失につながると考えられている。
If the grid is present on a larger size particle, there will be a plurality of grid rows on the particle, thus increasing the clarity of the various orders and consequently increasing the resolution. The resolution R is a measure of the grating's ability to separate adjacent spectral lines. For a flat grating, the resolution is given by R = mN, where m is the diffraction order and N is the total number of illuminated grooves on the surface of the grating. By replacing m in equation 1, a more significant equation,
R = Nd (sin α + sin β) / λ (Formula 2)
Where the quantity Nd is simply the width (W) of the lattice. As represented by Equation 2, R does not explicitly depend on the order or the number of grooves. These parameters are included in the grating width and the angle of incidence and diffraction. In this case, the maximum achievable resolving power is R max = 2 W / λ. The degree to which theoretical resolution is actually achieved also depends on the optical quality of the grating surface. In general, in the case of a planar grating, it is considered that if the deviation from flatness is larger than λ / 10, the resolution is lost.
P偏光またはTE偏光は、光が格子の溝に平行に偏光されるときと定義されるのに対して、S偏光またはTM偏光は、格子の溝に垂直に偏光される。   P-polarized light or TE-polarized light is defined as when light is polarized parallel to the grating grooves, whereas S-polarized light or TM-polarized light is polarized perpendicular to the grating grooves.
式1は、入射光線と回折光線が溝に垂直である場合(分光機器に通常に配置された状態であり、面内回折(in-plane diffraction)と称される場合)に適用可能である。入射光が溝に垂直でない場合、式1は、
Gmλ = cos ε (sin α + sin β) (式3)
と修正する必要がある。この式において、εは、入射光の経路と、格子の中心における溝に垂直な平面とがなす角度である。εが0でない幾何学的配置(格子の方位的回転(azimuthal rotation))の場合、回折されたスペクトルは、平面内ではなく円錐上に存在し、従ってこのような場合は円錐回折と称される。
Equation 1 can be applied when the incident light beam and the diffracted light beam are perpendicular to the groove (when the light beam is normally arranged in the spectroscopic instrument and is referred to as in-plane diffraction). If the incident light is not perpendicular to the groove, Equation 1 is
Gmλ = cos ε (sin α + sin β) (Formula 3)
Need to be corrected. In this equation, ε is an angle formed by a path of incident light and a plane perpendicular to the groove at the center of the grating. For geometries where ε is not zero (the azimuthal rotation of the grating), the diffracted spectrum exists on a cone rather than in a plane and is therefore referred to as cone diffraction in such cases .
さらに、ある格子周波数に対して、溝の深さによってさまざまな次数の相対的な強度が決まる。   Furthermore, for a given grating frequency, the relative strength of various orders is determined by the depth of the groove.
回折格子理論に関連する上記の点は、本発明の薄片と箔を製造するための適切な回折格子構造をモデル化および設計するのに使用することができる。例えば、解像力の定義から、回折薄片の場合、薄片粒子が小さいほど高い溝周波数が必要になることが示される。さらに、0次の効果の抑圧および/または制御と、1次に対する強度の最大化および/または最小化によって、回折効果の向上を達成することができるが、連続する次数のスペクトルの重なりに起因して回折効果の損失が生じることがある。   The above points related to diffraction grating theory can be used to model and design a suitable diffraction grating structure for manufacturing the flakes and foils of the present invention. For example, the definition of resolving power shows that for diffractive flakes, the smaller the flake particles, the higher the groove frequency required. In addition, improved diffraction effects can be achieved by suppressing and / or controlling the zeroth order effect and maximizing and / or minimizing the intensity for the first order, but due to the overlapping of successive order spectra. Loss of the diffraction effect may occur.
さらに、格子が、基板の平面に垂直な軸の回りに方位的に回転している場合、鏡面反射(0次)を囲む回折次数の円錐が現れる。薄片をベースとする顔料の用途のほとんどにおいては、塗料またはインク媒体には、それぞれが方位的に無秩序な向きの小さな顔料薄片の集合が含まれる。回折格子微細構造を持つ薄片の場合、薄片のサイズと無秩序な向きは、この集合の光学的性能における強い要因である。従って、塗料またはインクなどの顔料媒体内の無秩序な方位的向きにある回折顔料薄片によって、非回折薄片には存在しない回折光の環が作り出される。   Furthermore, when the grating is azimuthally rotated about an axis perpendicular to the plane of the substrate, a diffraction order cone surrounding the specular reflection (0th order) appears. In most flake-based pigment applications, the paint or ink medium includes a collection of small pigment flakes, each of which is azimuthally disordered. For flakes with a diffraction grating microstructure, flake size and disordered orientation are strong factors in the optical performance of this assembly. Thus, diffractive pigment flakes in a random azimuthal orientation in a pigment medium such as paint or ink create a ring of diffracted light that is not present in non-diffractive flakes.
さらに、入射ビームが格子の平面に垂直(P偏光)である場合には、格子は、反射においてのみならず伝達においても作用する。従って、反射体、誘電体、および吸収体として機能する層の上に回折構造が重ねられているときには、光学的に可変な堆積層、または色シフティング堆積層内に複雑な光路が発生する。   Furthermore, if the incident beam is perpendicular (P-polarized) to the plane of the grating, the grating acts not only in reflection but also in transmission. Thus, when the diffractive structure is overlaid on layers that function as reflectors, dielectrics, and absorbers, a complex optical path is generated in the optically variable or color shifting deposition layer.
前述されているように、格子の入射エネルギに対するエネルギ量(効率)は、格子のタイプとその溝の深さの関数として変化する。この結果として、特定の波長について、モデル化を通じて格子を最適化することができる。従って、本発明の薄片と箔を形成するときに使用するのに適した回折格子構造として、望ましく格子が最適化されるように指定される列周波数と溝深さとを有する回折格子構造を選択することができる。特定の格子の周波数と深さは、上に概説されている式と考察に基づいて決定される。   As described above, the amount of energy (efficiency) relative to the incident energy of the grating varies as a function of the grating type and its groove depth. As a result, the grating can be optimized through modeling for a specific wavelength. Accordingly, as a grating structure suitable for use in forming the flakes and foils of the present invention, a grating structure having a column frequency and groove depth specified to desirably optimize the grating is selected. be able to. The frequency and depth of a particular grating is determined based on the equations and considerations outlined above.
本発明のいくつかの実施例においては、格子の周波数が約1000〜約4000列/mm、好ましくは約1400〜約3500列/mm、より好ましくは約1400〜約2000列/mmである回折格子パターンを有する格子構造が利用される。さらに、格子は、約20 nm〜約300 nm、好ましくは約100 nm〜約250 nmの溝深さを持つことができる。   In some embodiments of the present invention, the grating has a grating frequency of about 1000 to about 4000 rows / mm, preferably about 1400 to about 3500 rows / mm, more preferably about 1400 to about 2000 rows / mm. A lattice structure having a pattern is used. Further, the grating can have a groove depth of about 20 nm to about 300 nm, preferably about 100 nm to about 250 nm.
格子構造には、三角対称格子、三角ブレーズド格子、方形波格子、正弦波格子など、さまざまな格子形状を選択することができる。これに代えて、格子は、垂直または非垂直に交差する溝を有する十字格子でよく、この格子は異なる平面に同時に線スペクトルを作り出す。   Various lattice shapes such as a triangular symmetric lattice, a triangular blazed lattice, a square wave lattice, and a sine wave lattice can be selected as the lattice structure. Alternatively, the grating can be a cruciform grating with grooves intersecting vertically or non-vertically, which simultaneously produces a line spectrum in different planes.
次に図面を参照する。図面においては、類似する構造には類似する参照数字/記号が付されており、図面は、本発明を理解するのに必要な構造を示しているにすぎない。図3は、本発明の1つの実施例による回折顔料薄片を形成するために使用される、格子の上面に回折構造22を有する膜(web)格子または箔格子20の線図的な描写である。格子の列周波数と深さは、利用する特定の格子に対して、前述されている式と考察に基づいて決定することができる。例えば、少なくとも1つの1次以上の回折光ビームの強度と色コントラストを高めるために0次の回折光ビームの強度を低減させるようにピッチと振幅が選択されている回折構造が、形成後の薄片の上に存在するように、回折格子を採用することができる。1つの実施例においては、回折構造は、少なくとも約1,400列/mmのピッチと、表面深さの少なくとも約150 nmの変化によって与えられる振幅変調とを有する。さらなる実施例においては、回折構造は、約3,000列/mmまたはそれ以下でよく、かつ表面深さの変化は約220 nmまたはそれ以下でよい。   Reference is now made to the drawings. In the drawings, like structures are given like reference numerals / symbols, and the drawings only show the structures necessary to understand the present invention. FIG. 3 is a diagrammatic depiction of a film (web) grating or foil grating 20 having a diffractive structure 22 on the top surface of the grating used to form a diffractive pigment flake according to one embodiment of the present invention. . The column frequency and depth of the grating can be determined based on the equations and considerations described above for the particular grating utilized. For example, a diffractive structure whose pitch and amplitude are selected so as to reduce the intensity of the zero-order diffracted light beam to increase the intensity and color contrast of at least one first-order diffracted light beam, A diffraction grating can be employed as it exists above. In one embodiment, the diffractive structure has a pitch of at least about 1,400 rows / mm and an amplitude modulation provided by a change in surface depth of at least about 150 nm. In further embodiments, the diffractive structure may be about 3,000 rows / mm or less, and the change in surface depth may be about 220 nm or less.
単層または複数層コーティング24は、薄膜構造を形成するコーティング層24に回折構造22が複製されるように、従来の堆積技術などによって格子20の上面に形成される。図示されているように、格子の山と溝がコーティング24の反対側の面26に存在するようにコーティング24は格子20の表面形状を複製している。次に、コーティング層24の薄膜構造が、溶媒内での分解、またはリリース層のいずれかによって壊されて格子20から取り去られ、複数の回折顔料薄片が形成される。   A single layer or multiple layer coating 24 is formed on the top surface of the grating 20, such as by conventional deposition techniques, such that the diffractive structure 22 is replicated in the coating layer 24 forming a thin film structure. As shown, the coating 24 replicates the surface shape of the grating 20 so that the crests and grooves of the grating are present on the opposite surface 26 of the coating 24. The thin film structure of the coating layer 24 is then broken away from the grating 20 by either decomposition in a solvent or release layer to form a plurality of diffractive pigment flakes.
回折構造は、薄片の主面の一方または両方の少なくとも一部の上に形成される。薄片上の回折構造は、1次および2次の回折光ビームにおいて約400 nm〜約800 nmの波長の角度的な重なりが生じないように、1次および2次の回折光ビームを角度的に離すことができる。回折構造は、垂直入射において1次の強度に対する0次の強度の比が少なくとも約0.25であり、かつ、0次と1次の回折または反射光ビーム間の角度的な分離が少なくとも約30度であることを特徴とすることもできる。薄片上の回折構造は、少なくとも約1,400列/mmの格子と少なくとも約150 nmの格子深さを有する回折格子パターンでよい。この回折格子パターンは、好ましくは約1400〜約3500列/mmの格子と約150 nm〜約230 nmの格子深さを持ち、より好ましくは、この回折格子パターンは約1400〜約1700列/mmの格子と約160 nm〜約220 nmの格子深さを持つ。   The diffractive structure is formed on at least a portion of one or both of the major surfaces of the flakes. The diffractive structure on the flakes causes the first and second order diffracted light beams to be angularly angled so that there is no angular overlap of wavelengths from about 400 nm to about 800 nm in the first and second order diffracted light beams. Can be released. The diffractive structure is such that the ratio of the 0th order intensity to the 1st order intensity at normal incidence is at least about 0.25, and the angular separation between the 0th order and the 1st order diffracted or reflected light beam is at least about 30 degrees. It can also be characterized. The diffractive structure on the flakes may be a diffraction grating pattern having a grating of at least about 1,400 rows / mm and a grating depth of at least about 150 nm. The diffraction grating pattern preferably has a grating of about 1400 to about 3500 rows / mm and a grating depth of about 150 nm to about 230 nm, more preferably the diffraction grating pattern is about 1400 to about 1700 rows / mm. And a lattice depth of about 160 nm to about 220 nm.
利用される膜格子または箔格子は、Wavefront Technology社からなど、さまざまな市販メーカーから得ることができる。さらに、膜格子または箔格子は、膜の表面を熱軟化した後にエンボス化ローラーにこの膜を通すことによってエンボス化されている熱可塑性膜から生成することができ、このエンボス化ローラーは、軟化した表面上に回折格子またはホログラムイメージを伝える。このようにして、回折格子またはホログラムイメージが上に存在する、長さが実質的に制限されないシート(sheet)を形成することができる。これに代えて、PMMAなどの紫外線硬化性ポリマーによってコーティングされたプラスチック膜のロール(roll)を一連の紫外線透過性ローラーに通すことによって、ローラーによって回折面が紫外線硬化性ポリマーに形成され、紫外線透過性ローラーを通過した紫外線光によってポリマーが硬化することにより、膜または箔の上の回折構造を形成することができる。エンボス化された面を基板上に形成する別の方法は、Miekka氏らの米国特許第5,549,74号に開示されていて、この文書は本文書に参照文献として組み込まれている。   The membrane grid or foil grid utilized can be obtained from various commercial manufacturers, such as from Wavefront Technology. In addition, a film lattice or foil lattice can be produced from a thermoplastic film that has been embossed by passing the film through an embossing roller after the surface of the film has been heat-softened, the embossing roller being softened A diffraction grating or hologram image is transmitted on the surface. In this way it is possible to form a sheet with a diffraction grating or holographic image on which the length is substantially unrestricted. Alternatively, a plastic film roll coated with a UV curable polymer such as PMMA is passed through a series of UV transmissive rollers so that the rollers form a diffractive surface into the UV curable polymer and transmit UV. When the polymer is cured by ultraviolet light that has passed through the conductive roller, a diffractive structure on the film or foil can be formed. Another method of forming an embossed surface on a substrate is disclosed in US Pat. No. 5,549,74 to Miekka et al., Which is incorporated herein by reference.
コーティング24が単層であるときには、反射材料を使用してコーティング層24を形成することができる。現時点において好ましい反射材料として、反射性が高く使いやすいという理由によりさまざまな金属または金属合金があげられるが、非金属の反射材料も使用することができる。適切な金属材料の例として、以下に限定されないが、アルミニウム、銀、銅、金、白金、錫、チタン、パラジウム、ニッケル、コバルト、ロジウム、ニオビウム、クロムと、これらの化合物、組み合わせ、または合金があげられる。この実施例においては、薄片の背景色は、反射材料に固有の色によって生成され、薄片はその表面上に回折効果を表示する。   When the coating 24 is a single layer, a reflective material can be used to form the coating layer 24. Currently preferred reflective materials include various metals or metal alloys because of their high reflectivity and ease of use, but non-metallic reflective materials can also be used. Examples of suitable metallic materials include, but are not limited to, aluminum, silver, copper, gold, platinum, tin, titanium, palladium, nickel, cobalt, rhodium, niobium, chromium, and these compounds, combinations, or alloys. can give. In this embodiment, the background color of the flakes is generated by the color inherent in the reflective material, and the flakes display a diffractive effect on the surface.
単層コーティングから形成された薄片は、約500 nm〜約1400 nm、好ましくは約700 nm〜約1200 nmの物理的厚さを持つことができる。   Flakes formed from a single layer coating can have a physical thickness of about 500 nm to about 1400 nm, preferably about 700 nm to about 1200 nm.
コーティング24が複数層コーティングであるときには、コーティング24には、反射層と、弾性係数が反射材料よりも相当に高い別の材料の1つ以上の層とを含み、後者の層は回折顔料薄片の堅さを高める。例えば、回折層を反射層の主面の一方または両方に形成することができる。回折層は、実質的に透明な誘電体材料で構成することができる。   When the coating 24 is a multi-layer coating, the coating 24 includes a reflective layer and one or more layers of another material whose modulus of elasticity is significantly higher than that of the reflective material, the latter layer being a diffractive pigment flake. Increase firmness. For example, the diffraction layer can be formed on one or both of the main surfaces of the reflective layer. The diffractive layer can be composed of a substantially transparent dielectric material.
図4は、複数層コーティングから生成された回折薄片30のコーティング構造を示す。薄片30は、中心の反射体層32と、この反射体層32の裏表両方の主面上に存在しかつこの反射体層の少なくとも1つの側面には存在しない誘電体層34および36とを含む、一般的に対称的な薄膜構造を有する3層設計をとることができる。これに代えて、薄片30は、反射体層32と誘電体層34または36の一方とを含む、2層設計によって形成することができる。誘電体層は、薄片30の剛性と耐久性を高める。   FIG. 4 shows the coating structure of a diffractive flake 30 produced from a multi-layer coating. The flake 30 includes a central reflector layer 32 and dielectric layers 34 and 36 that are present on both major surfaces of the reflector layer 32 and not on at least one side of the reflector layer. In general, a three-layer design with a symmetrical thin film structure can be taken. Alternatively, the flake 30 can be formed by a two-layer design that includes a reflector layer 32 and one of the dielectric layers 34 or 36. The dielectric layer increases the rigidity and durability of the flakes 30.
反射体層32は、単層薄片について前述されているものと同じ反射材料で構成することができる。誘電体層34と36は、屈折率が約1.65またはそれ以下、好ましくは屈折率が約1.5またはそれ以下である材料など、さまざまな誘電体材料で構成することができる。適切な誘電体材料の例として、以下に限定されないが、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、フッ化セリウム、フッ化ランタン、フッ化ネオジム、フッ化サマリウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウムと、これらの組み合わせがあげられる。   The reflector layer 32 can be composed of the same reflective material as described above for the single layer flakes. The dielectric layers 34 and 36 can be composed of a variety of dielectric materials, such as a material having a refractive index of about 1.65 or less, preferably about 1.5 or less. Examples of suitable dielectric materials include, but are not limited to, magnesium fluoride, silicon dioxide, aluminum oxide, aluminum fluoride, cerium fluoride, lanthanum fluoride, neodymium fluoride, samarium fluoride, barium fluoride, fluorine Calcium fluoride, lithium fluoride, and a combination thereof.
反射体層32は、約40 nm〜約200 nm、好ましくは約80 nm〜約160 nmの物理厚さを持つことができる。誘電体層34と36は、それぞれ、約1ミクロンまたはそれ以下、好ましくは200 nm〜約600 nm、より好ましくは約250 nm〜約450 nmの物理厚さを持つことができる。薄片30の合計厚さは、約1.5ミクロン未満、好ましくは約1,400 nm未満、より好ましくは約500 nm〜約900 nmである。   The reflector layer 32 can have a physical thickness of about 40 nm to about 200 nm, preferably about 80 nm to about 160 nm. The dielectric layers 34 and 36 can each have a physical thickness of about 1 micron or less, preferably 200 nm to about 600 nm, more preferably about 250 nm to about 450 nm. The total thickness of the flakes 30 is less than about 1.5 microns, preferably less than about 1,400 nm, more preferably from about 500 nm to about 900 nm.
薄片30に対応する複数の回折薄片を製造する方法においては、誘電体層と反射体層は、薄膜構造を持つ複数層コーティングを形成するための望ましい2層または3層薄片設計に従って、膜格子または箔格子上に連続的に堆積される。次いで、この薄膜構造が壊されて格子から取り去られ、複数の回折顔料薄片が形成される。   In the method of producing a plurality of diffractive flakes corresponding to flake 30, the dielectric layer and the reflector layer are either film gratings or according to the desired two or three layer flake design to form a multi-layer coating with a thin film structure It is continuously deposited on the foil grid. The thin film structure is then broken and removed from the grating to form a plurality of diffractive pigment flakes.
図5は、本発明の代替の実施例による回折薄片40のコーティング構造を示す。薄片40は、連続する誘電体層42が中心の反射体層44を実質的に囲みかつカプセル化している2層設計である。薄片40の誘電体層と反射体層は、薄片30における対応する層について前述されているものと同じ材料で構成することができ、かつ同じ厚さを持つことができる。薄片40の回折構造の格子周波数と深さは、薄片30について上述されているように決定および形成することができる。   FIG. 5 shows a coating structure for a diffractive flake 40 according to an alternative embodiment of the present invention. The flake 40 is a two-layer design in which a continuous dielectric layer 42 substantially surrounds and encapsulates the central reflector layer 44. The dielectric layer and reflector layer of the flake 40 can be composed of the same materials as described above for the corresponding layers in the flake 30 and can have the same thickness. The grating frequency and depth of the diffractive structure of the flake 40 can be determined and formed as described above for the flake 30.
薄片40に対応する複数の回折薄片を製造する方法においては、少なくとも反射体層を含む1つ以上の薄膜層が膜格子または箔格子の上に堆積されて、回折薄膜構造が形成される。次いで、この薄膜構造が壊されて格子から取り去られ、反射体層44に対応する複数の回折顔料前薄片(preflake)が形成される。この前薄片は、必要であれば研磨によってさらに断片化することができる。次に、カプセル化工程において前薄片に誘電体層42がコーティングされ、複数の回折顔料薄片が形成される。カプセル化工程が使用されるときには、カプセル化層は、1つの材料から成りかつ薄片構造の周りの厚さが実質的に同じである連続層であることが理解されるであろう。   In the method of manufacturing a plurality of diffractive flakes corresponding to the flakes 40, one or more thin film layers including at least a reflector layer are deposited on a film grating or foil grating to form a diffractive thin film structure. The thin film structure is then broken and removed from the grating to form a plurality of diffractive pigment preflake corresponding to the reflector layer 44. The pre-flakes can be further fragmented by polishing if necessary. Next, a dielectric layer 42 is coated on the front flakes in an encapsulation process to form a plurality of diffractive pigment flakes. It will be appreciated that when an encapsulation process is used, the encapsulation layer is a continuous layer made of one material and having substantially the same thickness around the flake structure.
カプセル化による誘電体コーティング層の形成には、さまざまなコーティング工程を利用することができる。例えば、誘電体層を形成するのに適する好ましい方法として、真空蒸着(vacuum vapor deposition)、ゾルゲル加水分解(sol-gel hydrolysis)、流動床におけるCVD、粒子で満たされた振動するトレイ上へのダウンストリームプラズマ、電気化学的堆積があげられる。適切なSiO2ゾルゲル工程は、Andes氏らによる米国特許第5,858,078号に説明されていて、この文書の開示内容は、本文書に参照文献として組み込まれている。本発明において有用である適切なゾルゲルコーティング技術の別の例は、Brodalla氏による米国特許第4,756,771号と、Zink氏らによる「ゾルゲル方法によって調合されるアルミノケイ酸塩ガラスの光学プローブと特性(Optical Probes and Properties of Aluminosilicate Glasses Prepared by the Sol-Gel Method)」(Polym. Mater. Sci. Eng., 61、p.204〜208(1989年))と、McKiernan氏らの「ゾルゲル技術によって調合されたケイ酸塩およびアルミノケイ酸塩ガラス内でドープされたクマリン染料の発光およびレーザー作用(Luminescence and Laser Action of Coumarin Dyes Doped in Silicate and Aluminosilicate Glasses Prepared by the Sol-Gel Technique)」(J. Inorg. Organomet. Polym., 1(1)、p.87〜103(1991年))に開示されており、これらの文献それぞれの開示内容は本文書に参照文献として組み込まれている。 Various coating processes can be used to form the dielectric coating layer by encapsulation. For example, preferred methods suitable for forming the dielectric layer include vacuum vapor deposition, sol-gel hydrolysis, CVD in a fluidized bed, down onto a vibrating tray filled with particles. Examples include stream plasma and electrochemical deposition. A suitable SiO 2 sol-gel process is described in US Pat. No. 5,858,078 by Andes et al., The disclosure of which is incorporated herein by reference. Another example of a suitable sol-gel coating technique useful in the present invention is US Pat. No. 4,756,771 by Brodalla and Zink et al. “Optical Probes and Properties of Aluminosilicate Glass Prepared by the Sol-Gel Method (Optical Probes and Properties of Aluminosilicate Glasses Prepared by the Sol-Gel Method) (Polym. Mater. Sci. Eng., 61, p.204-208 (1989)) and McKiernan et al. Luminescence and Laser Action of Coumarin Dyes Doped in Silicate and Aluminosilicate Glasses Prepared by the Sol-Gel Technique "(J. Inorg. Organomet. Polym , 1 (1), p. 87-103 (1991)), the disclosure of each of these documents is incorporated herein by reference.
次に図6を参照して、本発明の別の実施例による回折顔料薄片50が描かれている。薄片50は、中心の支持誘電体層52と、裏表の主面上の第一および第二反射体層54a、54bを含んでいる。反射体層の間に誘電体層を挿入することによって、薄片50は、著しく安定化かつ強化され、剛性が高められている。追加の誘電体層(図には示されていない)を、反射体層54a、54bの上を覆うように随意的に追加することができる。これらの追加の誘電体層は、薄片50に耐久性、剛性、および環境的な耐性を付加することができる。薄片50は、それ自体を顔料薄片として使用することができ、または反射体中心セクションとして上に追加の層が形成された状態で使用することができる。反射体層54a、54bは、前述されている反射体材料のうちの任意の材料から形成することができる。薄片50は、少なくともその一方の面上に形成された回折構造56を持つ。回折構造56の格子の周波数と深さは、前述されているように決定および形成することができる。   Referring now to FIG. 6, a diffractive pigment flake 50 according to another embodiment of the present invention is depicted. The flake 50 includes a central support dielectric layer 52 and first and second reflector layers 54a, 54b on the front and back major surfaces. By inserting a dielectric layer between the reflector layers, the flakes 50 are significantly stabilized and strengthened and have increased rigidity. Additional dielectric layers (not shown) may optionally be added over the reflector layers 54a, 54b. These additional dielectric layers can add durability, rigidity, and environmental resistance to the flakes 50. The flake 50 can itself be used as a pigment flake or can be used with an additional layer formed thereon as a reflector central section. The reflector layers 54a and 54b can be formed from any of the reflector materials described above. The flake 50 has a diffractive structure 56 formed on at least one surface thereof. The frequency and depth of the grating of the diffractive structure 56 can be determined and formed as described above.
支持層52に使用される誘電体材料は、無機材料が好ましく、なぜなら、無機誘電体材料は脆性と剛性の良好な特性を持つことが判明しているためである。利用することのできる誘電体材料として、金属フッ化物、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、金属炭化物と、これらの組み合わせなどがあげられる。誘電体材料は、結晶質状態、非晶質状態、半晶質状態のいずれかでよい。これらの材料は容易に入手でき、かつ物理または化学蒸着工程、またはゾルゲルコーティングなど他のウェット式化学工程によって容易に形成される。適切な誘電体材料の例として、フッ化マグネシウム、一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化タングステン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化チタン、窒化チタン、窒化ケイ素、硫化亜鉛、ガラス薄片、ダイアモンド状炭素と、これらの組み合わせなどがあげられる。これに代えて、支持層52は、プリフォーム誘電体、または自然の小平板状鉱物(例:マイカペロフスカイト(mica peroskovite)または滑石)などアスペクト比の高いセラミックの前薄片材料、あるいはガラス、アルミナ、二酸化ケイ素、炭素、雲母状酸化鉄、コーティングされた雲母、窒化ホウ素、炭化ホウ素、黒鉛、またはオキシ塩化ビスマスから形成される合成小平板と、これらのさまざまな組合せなどで構成することができる。   The dielectric material used for the support layer 52 is preferably an inorganic material because it has been found that the inorganic dielectric material has good characteristics of brittleness and rigidity. Examples of dielectric materials that can be used include metal fluorides, metal oxides, metal sulfides, metal nitrides, metal carbides, and combinations thereof. The dielectric material may be in a crystalline state, an amorphous state, or a semicrystalline state. These materials are readily available and are readily formed by physical or chemical vapor deposition processes, or other wet chemical processes such as sol-gel coating. Examples of suitable dielectric materials include magnesium fluoride, silicon monoxide, silicon dioxide, aluminum oxide, titanium dioxide, tungsten oxide, aluminum nitride, boron nitride, boron carbide, tungsten carbide, titanium carbide, titanium nitride, silicon nitride, Examples thereof include zinc sulfide, glass flakes, diamond-like carbon, and combinations thereof. Alternatively, the support layer 52 may be a pre-dielectric, or a pre-lamellar material of high aspect ratio ceramic such as natural platelet-like minerals (eg, mica peroskovite or talc), or glass, alumina, It may be composed of synthetic platelets formed from silicon dioxide, carbon, mica-like iron oxide, coated mica, boron nitride, boron carbide, graphite, or bismuth oxychloride, various combinations thereof, and the like.
代替の実施例においては、誘電体支持層の代わりに、圧縮強さに対する引張り強さの十分な比を持つさまざまな半導体材料と導電性材料を支持層として機能させることができる。このような材料の例として、ケイ素、金属シリサイドのほか、III、IVまたはV族の元素のうちの任意の元素から形成される半導体化合物、あるいは体心立方晶構造を持つ金属、サーメット組成物または化合物、半導体ガラスと、これらのさまざまな組み合わせがあげられる。しかしながら、本文書内の教示から、本文書に記述されている機能性を提供し、かつガラスと同様の品質を有する剛性層として作用することのできる支持材料は、上記の材料のうちの1つの受け入れ可能な代用となることが理解されるであろう。   In alternative embodiments, various semiconductor and conductive materials having a sufficient ratio of tensile strength to compressive strength can serve as the support layer instead of the dielectric support layer. Examples of such materials include silicon, metal silicides, semiconductor compounds formed from any of the III, IV or V group elements, or metals having a body-centered cubic structure, cermet compositions or Compound, semiconductor glass, and various combinations thereof. However, from the teachings in this document, a support material that provides the functionality described in this document and that can act as a rigid layer with a quality similar to glass is one of the above materials. It will be understood that this is an acceptable substitute.
支持層52の厚さは、約10 nm〜約1,000 nm、好ましくは約50 nm〜約200 nmでよいが、これらの範囲は制限とはならないものとする。   The thickness of the support layer 52 may be from about 10 nm to about 1,000 nm, preferably from about 50 nm to about 200 nm, although these ranges should not be limiting.
これに代えて、薄片50は、図6に破線によって示されているように、カプセル化された粒子として形成することができる。この粒子は、反射層54が誘電体層などの中心支持層52を実質的に囲みかつカプセル化する2層設計である。回折層の中に支持層を挿入することによって、カプセル化された粒子の安定性と剛性が大幅に増す。カプセル化された粒子は、それ自体を顔料粒子として使用することができ、または回折中心セクションとして上に追加の層が形成された状態で使用することができる。例えば、反射体層54を覆いかつカプセル化するために、外側の誘電体層を追加してもよい。この外側の誘電体層は、カプセル化された粒子に耐久性、剛性、および環境的な耐性を付加する。   Alternatively, the flakes 50 can be formed as encapsulated particles, as shown by the dashed lines in FIG. This particle is a two-layer design in which the reflective layer 54 substantially surrounds and encapsulates a central support layer 52, such as a dielectric layer. By inserting a support layer into the diffractive layer, the stability and rigidity of the encapsulated particles are greatly increased. The encapsulated particles can themselves be used as pigment particles or can be used with an additional layer formed thereon as a diffractive center section. For example, an outer dielectric layer may be added to cover and encapsulate the reflector layer 54. This outer dielectric layer adds durability, stiffness, and environmental resistance to the encapsulated particles.
上記の実施例のさまざまな修正および組み合わせも、本発明の範囲内と見なされる。例えば、さらなる望ましい光学特性を作り出すために、上記の薄片の実施例のそれぞれの周囲に、または薄片を形成する前の複合反射膜の上に、追加の誘電体、吸収体、および/またはその他の光学的コーティングを形成することができる。このような追加のコーティングは、顔料に追加の色効果を与えることができる。   Various modifications and combinations of the above examples are also considered to be within the scope of the invention. For example, additional dielectrics, absorbers, and / or other materials around each of the above embodiments of the flakes or on the composite reflective film before forming the flakes to create additional desirable optical properties An optical coating can be formed. Such additional coatings can provide additional color effects to the pigment.
本発明の薄片は、好ましくは約3 μm未満、より好ましくは約2 μm未満の厚さを有する。長さと幅に関しては、薄片を形成するために使用される破壊工程に起因して、各薄片の寸法は異なる。しかしながら、平均の薄片サイズ、幅、および長さは、好ましくは約5 μm〜約200 μm、より好ましくは約5 μm〜約100 μm、最も好ましくは約18 μm〜約22 μmである。   The flakes of the present invention preferably have a thickness of less than about 3 μm, more preferably less than about 2 μm. In terms of length and width, the dimensions of each flake are different due to the fracture process used to form the flakes. However, the average flake size, width, and length are preferably from about 5 μm to about 200 μm, more preferably from about 5 μm to about 100 μm, and most preferably from about 18 μm to about 22 μm.
本発明の顔料薄片によって作り出される回折効果は純粋に幾何学的であるため、回折色は、薄片の背景色を作り出す物理化学的な原因には無関係である。背景色は、結果的に蛍光、燐光などにつながる電子の励起を伴う遷移など、別個の原因から生成される。さらに、背景色は、ほとんどの染料の場合など分子軌道間の遷移に起因したり、金属など材料内のエネルギ帯を伴う遷移、半導体、色中心(color center)、その他に起因することがある。   Because the diffractive effect created by the pigment flakes of the present invention is purely geometric, the diffracted color is independent of the physicochemical causes that produce the flake background color. The background color is generated from distinct causes, such as transitions with excitation of electrons that result in fluorescence, phosphorescence, etc. Furthermore, the background color may be due to transitions between molecular orbitals, such as in most dyes, transitions with energy bands in materials such as metals, semiconductors, color centers, etc.
可視の回折効果の程度は、格子周波数とともに変わる。例えば、500列/mmの周波数を持つ薄片を有する塗料は、視覚的な回折効果を失うが、1400または2000列/mmなどのより高い周波数の薄片の場合には回折効果が向上する。実際には、多層光学堆積層から得られる薄片上には、約3000列/mmまでの格子微細構造周波数を達成することができる。薄片によって作り出される光学効果は、薄片の微細構造形状に基づいて調整することができる。   The degree of visible diffraction effect varies with the grating frequency. For example, a paint having flakes with a frequency of 500 rows / mm loses the visual diffraction effect, but a higher frequency flake, such as 1400 or 2000 rows / mm, improves the diffraction effect. In practice, lattice microstructure frequencies of up to about 3000 rows / mm can be achieved on the flakes obtained from the multilayer optical deposition layer. The optical effect created by the flakes can be adjusted based on the microstructure shape of the flakes.
本発明の顔料薄片は、顔料媒体の中に散在させて、インク、塗料などの回折組成物を生成することができ、これらは幅広い物体または紙に塗布することができる。顔料薄片は、プラスチック材料などの顔料媒体の中に拡散させることもでき、これを成形または押出加工することにより、回折効果を有する物体を形成することができる。顔料薄片は、化粧品調合物または自動車の塗料などの顔料媒体の中に拡散させることもできる。   The pigment flakes of the present invention can be interspersed in pigment media to produce diffractive compositions such as inks, paints, etc., which can be applied to a wide range of objects or paper. The pigment flakes can also be diffused into a pigment medium such as a plastic material, which can be molded or extruded to form an object with a diffractive effect. The pigment flakes can also be diffused into pigment media such as cosmetic formulations or automotive paints.
媒体に加えられた顔料薄片は、固まった媒体の表面に入射する放射を通じて所定の光学応答を生成する。顔料媒体には、熱架橋、熱硬化、または熱による溶媒蒸発などの熱的工程、あるいは光化学的架橋によって乾燥または硬化させることのできる樹脂または樹脂の混合物が含まれることが好ましい。有用な顔料媒体として、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、エポキシ、スチレンなどのさまざまな重合体組成物または有機結合剤があげられる。これらの樹脂の好適な例としては、メラミン、メタクリル酸メチルなどのアクリル酸塩、ABS樹脂、アルキド樹脂をベースとするインクおよび塗料調合物と、これらのさまざまな混合物があげられる。顔料媒体と組み合わされた薄片は回折組成物となり、塗料、インク、または成形可能なプラスチック材料として直接使用することができる。この回折組成物は、従来の塗料、インク、またはプラスチック材料の添加物として利用することもできる。   Pigment flakes applied to the medium produce a predetermined optical response through radiation incident on the surface of the solid medium. The pigment medium preferably comprises a resin or a mixture of resins that can be dried or cured by thermal processes such as thermal crosslinking, thermal curing, or solvent evaporation by heat, or photochemical crosslinking. Useful pigment media include various polymer compositions such as alkyd resins, polyester resins, acrylic resins, polyurethane resins, vinyl resins, epoxies, styrene, or organic binders. Suitable examples of these resins include inks and paint formulations based on acrylates such as melamine and methyl methacrylate, ABS resins, alkyd resins, and various mixtures thereof. The flakes combined with the pigment medium become a diffractive composition and can be used directly as a paint, ink or moldable plastic material. This diffractive composition can also be utilized as an additive to conventional paints, inks, or plastic materials.
顔料媒体には、樹脂の溶剤が含まれていることも好ましい。溶剤には、一般的には有機溶剤または水のいずれかを使用することができる。揮発性溶剤も媒体内で使用できる。揮発性溶剤の場合、シンナーなど、揮発性と希釈性の両方を有する溶剤を使用することが好ましい。特に、顔料媒体の高速乾燥は、メチルエチルケトン(MEK)など沸点の低い組成物によって溶剤の量を増すことによって達成することができる。   It is also preferred that the pigment medium contains a resin solvent. In general, either an organic solvent or water can be used as the solvent. Volatile solvents can also be used in the medium. In the case of a volatile solvent, it is preferable to use a solvent having both volatility and dilutability such as thinner. In particular, fast drying of the pigment medium can be achieved by increasing the amount of solvent with a low boiling point composition such as methyl ethyl ketone (MEK).
さらに、本発明の回折薄片は、望ましい色特性を達成するために、色相、彩度、および明るさの異なる従来の非回折顔料薄片、粒子、または染料など、さまざまな添加物材料を随意的に混合することができる。例えば、薄片を干渉タイプまたは非干渉タイプの別の従来の顔料と混合して、他の色の範囲を作り出すことができる。次に、あらかじめ混合されたこの組成物を、塗料、インク、プラスチック、または他の重合体顔料溶剤などの重合体媒体に拡散させて、従来の方法において使用することができる。   Furthermore, the diffractive flakes of the present invention optionally incorporate various additive materials such as conventional non-diffractive pigment flakes, particles, or dyes of different hue, saturation, and brightness to achieve desirable color characteristics. Can be mixed. For example, the flakes can be mixed with another conventional pigment of interference or non-interference type to create other color ranges. This premixed composition can then be diffused into a polymer medium such as paint, ink, plastic, or other polymer pigment solvent and used in conventional methods.
本発明の薄片と組み合わせることのできる好適な添加物材料の例として、独特の色効果を作り出す、色シフティングタイプではない高彩度または高反射性の小平板、例えばMgF2/Al/MgF2の小平板またはSiO2/Al/SiO2の小平板があげられる。回折色シフティング薄片と混合することのできる他の好適な添加物には、層状の顔料としては、多層色シフティング薄片、アルミニウム薄片、黒鉛薄片、ガラス薄片、酸化鉄、窒化ホウ素、雲母薄片、干渉ベースのTiO2コーティング済み雲母薄片、複数層コーティング済みの板状のケイ酸塩基板をベースとする干渉顔料、金属誘電性または全誘電性の干渉顔料などがあげられ、非層状の顔料としては、アルミニウム粉、カーボンブラック、ウルトラマリンブルー、コバルトベースの顔料、有機顔料または染料、ルチルまたはスピネルベースの無機顔料、自然発生の顔料、無機顔料(二酸化チタン、滑石、カオリン、その他)と、これらのさまざまな混合物とがあげられる。例えば、明るさとその他の色特性を制御するために、アルミニウム粉またはカーボンブラックなどの顔料を追加することができる。 Examples of suitable additive materials that can be combined with the flakes of the present invention include high chroma or highly reflective small plates that are not color shifting types, such as MgF 2 / Al / MgF 2 A flat plate or a small plate of SiO 2 / Al / SiO 2 can be mentioned. Other suitable additives that can be mixed with diffractive color shifting flakes include, as layered pigments, multilayer color shifting flakes, aluminum flakes, graphite flakes, glass flakes, iron oxide, boron nitride, mica flakes, Non-layered pigments include interference-based TiO 2 coated mica flakes, interference pigments based on multi-layer coated plate-like silicate substrates, metal dielectric or all dielectric interference pigments, etc. , Aluminum powder, carbon black, ultramarine blue, cobalt based pigments, organic pigments or dyes, rutile or spinel based inorganic pigments, naturally occurring pigments, inorganic pigments (titanium dioxide, talc, kaolin, etc.) and these And various mixtures. For example, pigments such as aluminum powder or carbon black can be added to control brightness and other color characteristics.
本発明の顔料薄片は、塗料およびインクにおいて容易かつ経済的に利用することができ、この塗料およびインクを、自動車、通貨、セキュリティ文書、家庭用品、建築物、床、布、スポーツ用具、電子パッケージ/ハウジング、製品パッケージ、飲料容器など、さまざまな物体または紙に塗布することができる。薄片は、着色されたプラスチック材料、コーティング組成物、押出加工品、静電コーティング、ガラス、およびセラミック材料の形成において利用することもできる。   The pigment flakes of the present invention can be used easily and economically in paints and inks, which can be used in automobiles, currency, security documents, household goods, buildings, floors, cloths, sports equipment, electronic packages. Can be applied to various objects or papers such as housings, product packages, beverage containers. Flakes can also be utilized in the formation of colored plastic materials, coating compositions, extrudates, electrostatic coatings, glass, and ceramic materials.
回折顔料薄片は、凹版印刷、リソグラフィー、シルクスクリーン、グラビア、ドクターブレード、ウェットコーティングなどの印刷工程において使用するための好適なインクを生成するため、顔料媒体中でのあらかじめ選択されたサイズとローディング(loading)とを持つことができる。回折顔料薄片は、従来の塗装方法、特に下地塗り、中塗り、および上塗りを必要とする自動車またはその他の構造物を塗装するための方法と互換性のある従来の塗料溶剤または塗料用樹脂に拡散させるにも好適である。回折顔料は、化粧品調合品、ラミネートフィルムなどの装飾的な用途にも好適である。   Diffraction pigment flakes are pre-selected sizes and loadings in pigment media to produce suitable inks for use in printing processes such as intaglio printing, lithography, silk screen, gravure, doctor blade, wet coating, etc. loading). Diffraction pigment flakes diffuse into conventional paint solvents or paint resins that are compatible with conventional painting methods, particularly those for painting automobiles or other structures that require undercoating, intermediate coating, and overcoating. It is suitable for making it. Diffraction pigments are also suitable for decorative applications such as cosmetic preparations and laminate films.
本発明による、被コーティング物品には、表面と、その表面の少なくとも一部を覆う回折コーティング層とを有する物体が含まれる。コーティング層は、前述されている顔料媒体と顔料媒体中に分散されている複数の回折顔料薄片とを含む回折組成物を有する。被コーティング物品は、回折コーティング層を塗布する前に物体に塗布される下地コーティング層をさらに含み、これは例えばプレコート(precoat)、下地塗り、および/またはシーラーコートである。回折コーティング層の上には、クリアコートなどの透明な上面コーティング層を塗布することができる。このようなコーティング層構造は、代表的には、自動車などの自動車両を塗装するときに使用される。このようなコーティング層構造のさらなる詳細は、Phillipsらによる米国特許第5,571,624号に記載されており、この文書は本文書に参照文献として組み込まれている。   Coated articles according to the present invention include objects having a surface and a diffractive coating layer covering at least a portion of the surface. The coating layer has a diffractive composition comprising the pigment medium described above and a plurality of diffractive pigment flakes dispersed in the pigment medium. The article to be coated further comprises a primer coating layer that is applied to the object prior to applying the diffractive coating layer, for example a precoat, primer coat, and / or sealer coat. A transparent upper surface coating layer such as a clear coat can be applied on the diffraction coating layer. Such a coating layer structure is typically used when painting a motor vehicle such as an automobile. Further details of such a coating layer structure are described in US Pat. No. 5,571,624 by Phillips et al., Which is incorporated herein by reference.
これに代えて、被コーティング物品は、回折コーティング層の下の非回折コーティング層をさらに含む、または回折コーティング層を部分的に覆うことによって物体上に回折パターンを形成する非回折コーティング層をさらに含むことができる。このようなコーティング構造は、図7Aと7Bに示されていて、これらの図は、コーティング層のうちの1層に本発明による回折薄片が組み込まれていて、かつ別のコーティング層が非回折薄片を有する、多層コーティング塗装を示している。例えば、図7Aは、上に回折コーティング層104を有する表面セクション102を含む被コーティング物品100を示す。非回折コーティング層106は、回折コーティング層104を部分的に覆い、これによって、回折コーティング層104の露出している表面に従う回折パターンが形成される。図7Bは、これと反対のコーティング構成を持つ被コーティング物品を描いており、この構成においては、回折コーティング層104が非回折コーティング層106を覆う。   Alternatively, the article to be coated further includes a non-diffractive coating layer below the diffractive coating layer, or further includes a non-diffractive coating layer that forms a diffractive pattern on the object by partially covering the diffractive coating layer. be able to. Such a coating structure is shown in FIGS. 7A and 7B, which show that one of the coating layers incorporates a diffractive flake according to the invention and another coating layer is a non-diffractive flake. A multilayer coating is shown having For example, FIG. 7A shows a coated article 100 that includes a surface section 102 having a diffractive coating layer 104 thereon. The non-diffractive coating layer 106 partially covers the diffractive coating layer 104, thereby forming a diffractive pattern according to the exposed surface of the diffractive coating layer 104. FIG. 7B depicts a coated article having the opposite coating configuration, in which the diffractive coating layer 104 covers the non-diffractive coating layer 106.
さらに別の実施例においては、被コーティング物品は、回折顔料薄片と非回折顔料薄片の混合を中に含む単一のコーティング層を有することができる。例えば、図8は、上にコーティング層124を有する表面セクション122を含む、被コーティング物品120を描いている。コーティング層124は、顔料媒体内に拡散されている複数の回折薄片126と非回折薄片128を含む。   In yet another example, the article to be coated can have a single coating layer that includes a mixture of diffractive pigment flakes and non-diffractive pigment flakes therein. For example, FIG. 8 depicts a coated article 120 that includes a surface section 122 having a coating layer 124 thereon. The coating layer 124 includes a plurality of diffractive flakes 126 and non-diffractive flakes 128 that are diffused into the pigment medium.
本発明の回折顔料は、この顔料を含むインクを印刷するまたは塗料を塗布するなどによって物体の表面に塗布されたときに、明るく鮮明な色を作り出すことができる。この回折顔料は、この顔料を含む樹脂から成形された物体との一体的な着色によっても、明るく鮮明な色を作り出す。回折顔料のコーティングまたは着色を有する、印刷された物体または不規則形状の物体の外観は、物体の領域の主彩色(dominant coloration)が照明源と見る人の位置関係の関数となるように、物体上の連続的なホログラム箔または回折格子箔である。   The diffractive pigments of the present invention can produce bright and clear colors when applied to the surface of an object, such as by printing an ink containing the pigment or applying a paint. This diffractive pigment also produces a bright and clear color by integral coloring with an object molded from a resin containing the pigment. The appearance of a printed or irregularly shaped object with a diffractive pigment coating or coloration is such that the dominant coloration of the area of the object is a function of the positional relationship of the viewer with the illumination source. The upper continuous hologram foil or diffraction grating foil.
物体に塗布された本発明の回折組成物は、実質的に連続的な色調の虹色の回折効果も作り出す。この組成物は、湾曲した物体に塗布されたときに、拡散照明と、反射性または指向性照明との混合の下で観察可能な、実質的に均一かつ連続的な色範囲も作り出す。   The diffractive composition of the present invention applied to an object also creates an iridescent diffractive effect with a substantially continuous tone. The composition also creates a substantially uniform and continuous color range that, when applied to a curved object, is observable under a mixture of diffuse and reflective or directional illumination.
この回折顔料薄片は、セキュリティ文書の上に追加の偽造および写真複写防止特徴を形成するためと、価値の高いおよび/または重要な部品および供給品(supplies)の認証特徴を形成するためにも適している。例えば、この顔料薄片は、第一領域と、第二領域と、第一または第二領域の少なくとも一方の中の顔料薄片の集合とを有する光学的セキュリティデバイスを形成するために使用することができる。この顔料薄片は、セキュリティデバイスの外観の中心的な色が1次またはそれ以上の反射による光の分散によって形成されるように、0次の回折光ビームを減少させ、かつ1次またはそれ以上の回折光ビームを十分に増大させる、実質的に均等な間隔の一連の直線の特徴を有する。   This diffractive pigment flake is also suitable for forming additional anti-counterfeiting and anti-photocopying features on security documents and for forming valuable and / or critical component and supply authentication features ing. For example, the pigment flake can be used to form an optical security device having a first region, a second region, and a collection of pigment flakes in at least one of the first or second regions. . This pigment flake reduces the 0th order diffracted light beam, and the 1st order or higher so that the central color of the appearance of the security device is formed by the dispersion of light by the 1st or higher reflections It has a series of substantially evenly spaced linear features that sufficiently increase the diffracted light beam.
以下の例は、本発明を説明するために示されていて、本発明の範囲を制限することを目的とはしていない。   The following examples are presented to illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the invention.

特定の物体の色特性を定量化するためには、国際照明委員会(CIE)によって開発され、現在では業界において色値を正確に記述するための標準として使用されているL*a*b*色座標系を使用することが有用である。この座標系において、L*は明るさを示し、a*とb*は色度座標である。以下の例のいくつかに説明されているさまざまなa*b*図は、選択された回折顔料の色軌跡と色度をプロットしており、このL*a*b*色座標系を使用して作成された。
Example L * a * b developed by the International Commission on Illumination (CIE) to quantify the color characteristics of a specific object and is now used as a standard for accurately describing color values in the industry * It is useful to use a color coordinate system. In this coordinate system, L * indicates brightness, and a * and b * are chromaticity coordinates. The various a * b * diagrams described in some of the examples below plot the color trajectory and chromaticity of the selected diffractive pigment and use this L * a * b * color coordinate system. Was created.
L*a*b*カラーシステムでは、2つの測定値の間の色差をパラメータ
を通じて比較することができる。このパラメータは、2つの異なる顔料設計の色の差など、L*a*b*色空間内において測定された色の変化を示す。
の数値は、測定されたL*a*b*値を使用して以下の式から計算される。
この式において、記号
は、比較される測定値の差を表す。
The L * a * b * color system parameterizes the color difference between two measurements
Can be compared through. This parameter indicates the change in color measured in the L * a * b * color space, such as the color difference between two different pigment designs.
Is calculated from the following equation using the measured L * a * b * values:
In this formula, the symbol
Represents the difference between the measured values to be compared.
以下の例のいくつかにおいて説明されているLaneta展色は、Murakami Gonio氏の光分光計(Photospectrometer)を使用して分析された。「展色」とは、色を評価するために紙の上に塗料またはインク試料を広げたものである。代表的には、展色は、パテ用ナイフまたはヘラの縁によって、塗料またはインクの小さな塊を横に延ばして塗料またはインクの薄膜を得ることによって形成される。これに代えて、展色は、塗料の小さな塊を通ってLanetaカードを横切るようにMayer棒を引っ張ることによって形成される。Murakami装置は、選択されている機器構成においては、固定の照明位置(45度)と見る人の可変の角度(-80度〜80度)の場合について、測定される試料のL*a*b*色空間における試料の明るさ(L*)とa*,b*色度座標に関連する情報を提供する。   The Laneta color, described in some of the examples below, was analyzed using Murakami Gonio's Photospectrometer. “Developed color” is a paint or ink sample spread on paper to evaluate the color. Typically, the color development is formed by extending a small mass of paint or ink laterally with a putty knife or spatula edge to obtain a thin film of paint or ink. Alternatively, the color development is formed by pulling the Mayer bar across the Laneta card through a small chunk of paint. The Murakami device, in the selected instrument configuration, measures L * a * b of the sample measured for a fixed illumination position (45 degrees) and a viewer's variable angle (-80 degrees to 80 degrees). * Provides information related to sample brightness in color space (L *) and a *, b * chromaticity coordinates.
例1〜7
回折格子の入射エネルギに対するエネルギの量(効率)は、格子のタイプとその溝幅の関数として変化する。この結果として、特定の波長に対して格子を最適化することができる。任意の波長に対するさまざまな回折次数における光スペクトル分散は、前述されている式1によって与えられる。
Examples 1-7
The amount of energy (efficiency) relative to the incident energy of the diffraction grating varies as a function of the type of grating and its groove width. As a result, the grating can be optimized for a specific wavelength. The optical spectral dispersion at various diffraction orders for a given wavelength is given by Equation 1 described above.
最適な格子構成を求めるために、500列/mm〜3000列/mmのさまざまな回折格子(例1〜7)が従来の光学ソフトウェアを使用してモデル化された。図9〜14は、モデル化の結果のグラフであり、例1〜7のさまざまな回折格子の場合の、さまざまな波長の関数としての回折角度を示している。具体的には、図9〜14は、垂直と45度入射におけるさまざまな可視波長(400 nm紫〜700 nm赤)の回折角度を示す。下の表1は、例番号に対応する図番号と、モデル化された格子構造とを示す。
In order to determine the optimal grating configuration, various diffraction gratings (Examples 1-7) from 500 rows / mm to 3000 rows / mm were modeled using conventional optical software. FIGS. 9-14 are graphs of the modeling results, showing diffraction angles as a function of various wavelengths for the various diffraction gratings of Examples 1-7. Specifically, FIGS. 9-14 show diffraction angles for various visible wavelengths (400 nm purple to 700 nm red) at normal and 45 degree incidence. Table 1 below shows figure numbers corresponding to example numbers and modeled lattice structures.
500列/mmの格子(例1)の場合、図9に示されているように、垂直と45度入射の両方について、2次と三次のスペクトルが重なる。1000列/mm格子(例2)の場合には、図10に示されているように、垂直と45度入射において1次と2次に重なりが起きている。1400列/mmに等しいかこれより高い周波数においては(例3〜7)、図11〜14に示されているように重なりは観察されない。   For a 500 row / mm grating (Example 1), as shown in FIG. 9, the second and third order spectra overlap for both normal and 45 degree incidence. In the case of a 1000 row / mm grating (example 2), as shown in FIG. 10, the primary and secondary overlaps occur at normal and 45 degrees incidence. At frequencies equal to or higher than 1400 rows / mm (Examples 3-7), no overlap is observed as shown in FIGS.
例8
1400列/mmのアルミナ化された正弦波回折格子が、従来の光学ソフトウェアを使用してモデル化された。図15と16は、400、550、および700 nmの波長光の垂直と60度入射時の、さまざまな溝深さにおける格子の理論的な効率(反射率割合)を示す。このモデリングの結果から、約160 nm付近の溝深さは、0次の反射率が最小となりかつ1次の反射率が最大となり、従って格子の回折効果を向上させる良好な妥協点であることが示された。
Example 8
A 1400 row / mm aluminized sinusoidal diffraction grating was modeled using conventional optical software. Figures 15 and 16 show the theoretical efficiency (reflectance ratio) of the grating at various groove depths at normal and 60 degree incidence of light at wavelengths of 400, 550, and 700 nm. From this modeling result, the groove depth around 160 nm is a good compromise for minimizing the 0th order reflectivity and maximizing the 1st order reflectivity, thus improving the diffraction effect of the grating. Indicated.
同じ基準を使用して、最適な溝深さは、2000列/mmの格子の場合は約220 nm、3000列/mmの格子の場合は約116 nmであると判断された。   Using the same criteria, the optimum groove depth was determined to be about 220 nm for a 2000 row / mm grating and about 116 nm for a 3000 row / mm grating.
例9〜10
1000列/mmのアルミナ化された正弦波回折格子(例9)と、1000列/mmのアルミナ化された方形波回折格子(例10)が、従来の光学ソフトウェアを使用してモデル化された。例10の格子は、対称的であり、列の上辺の長さと格子の周期の間の比は0.5に等しかった。図17と18は、例9と10の格子について、ほぼ垂直入射時の、さまざまな溝深さにおける550 nmの理論的な効率を示す。
Examples 9-10
1000 rows / mm aluminized sinusoidal grating (Example 9) and 1000 rows / mm aluminated square wave grating (Example 10) were modeled using conventional optical software . The grid of Example 10 was symmetric and the ratio between the length of the top side of the column and the period of the grid was equal to 0.5. Figures 17 and 18 show the theoretical efficiency of 550 nm at various groove depths for the gratings of Examples 9 and 10 at near normal incidence.
このモデル化から、1000列/mmの方形波格子の場合、いくつかの次数の最大値は、0次の最小値に一致する約150 nmの溝深さにおいて得られることが示された。同じ周波数において、正弦波格子は、約200 nmの溝深さにおいて1次の最大値と0次の最小値を示す。しかしながら、方形波形状とは対照的に、正弦波格子における連続する次数は、同じパターンに従わない。それでもなお、方形波形状は、正弦波格子と比較して強力な恩恵を持つとは思われない。特定の目的の場合に方形波の堆積層箔は正弦波の堆積層箔よりも剥離するのが困難であることと、高い格子周波数の場合に2次ビームがもはや存在しないことを考慮すると、このような恩恵の重要性はさらに小さくなる。   This modeling showed that for a 1000 row / mm square wave grating, some order maximums were obtained at a groove depth of about 150 nm, which corresponds to a zero order minimum. At the same frequency, the sinusoidal grating exhibits a first-order maximum and a zero-order minimum at a groove depth of about 200 nm. However, in contrast to a square wave shape, successive orders in a sinusoidal grating do not follow the same pattern. Nevertheless, the square wave shape does not seem to have a strong benefit compared to a sinusoidal grating. Considering that square wave deposition foils are more difficult to delaminate than sinusoidal deposition layer foils for specific purposes and that there is no longer a secondary beam at higher grating frequencies. The importance of such benefits is even smaller.
例11
顔料の製造に使用される格子箔は、上記に開示されている理論的な考察に従って得られた。1400列/mmの直線格子は160 nmの深さで得られ、2000列/mmの直線格子は220 nmの溝深さで得られた。1400列/mmの直線格子との比較のため、十字(方形)形態でありかつ1400列/mmの周波数を持つ別の格子も得られた。箔格子の周波数と深さは、原子間力顕微鏡を使用して確認された。高い周波数の格子との比較のため、500列/mmと1000列/mmの追加の格子も得られた。
Example 11
The grid foil used in the manufacture of the pigment was obtained according to the theoretical considerations disclosed above. A 1400 row / mm linear grating was obtained at a depth of 160 nm and a 2000 row / mm linear grating was obtained at a groove depth of 220 nm. For comparison with a linear grid of 1400 rows / mm, another grid with a cross (square) shape and a frequency of 1400 rows / mm was also obtained. The frequency and depth of the foil lattice was confirmed using an atomic force microscope. Additional grids of 500 rows / mm and 1000 rows / mm were also obtained for comparison with high frequency gratings.
この時点までに得られたさまざまな格子箔を覆う60 nmのNaClリリース層の上に、次の薄膜層、
MgF2 / Al / MgF2
を堆積させることによって、無色のアルミニウム回折顔料が本発明に従って製造された。MgF2層のそれぞれは、550 nmにおける光学的厚さ2 QWOTを持ち、Al層は、約160 nmの物理厚さを持つ。格子箔は、薄膜堆積層を形成するための基板支持体としての役割りを果たす。
On top of the 60 nm NaCl release layer covering the various grating foils obtained up to this point, the following thin film layer,
MgF 2 / Al / MgF 2
A colorless aluminum diffractive pigment was produced according to the present invention by depositing. Each of the MgF 2 layers has an optical thickness of 2 QWOT at 550 nm, and the Al layer has a physical thickness of about 160 nm. The grid foil serves as a substrate support for forming the thin film deposition layer.
格子箔と堆積層を水に接触させ、NaCl層を溶解させ、これにより薄膜堆積層を幅広の大きな粒子サイズの薄片に変換し、次いでこの薄片を断片化して回折薄片が形成された。薄片は、より適切な粒子サイズまで超音波によって研磨された。研磨の後、薄片が塗料溶剤に加えられ、展色としてLanetaカードに塗布された。塗料溶剤内の回折薄片の一部は、装飾的な外観を示すようにさまざまな形状の物体に噴霧された。   The grating foil and the deposited layer were brought into contact with water and the NaCl layer was dissolved, thereby converting the thin film deposited layer into wide, large particle size flakes, which were then fragmented to form diffractive flakes. The flakes were polished by ultrasound to a more appropriate particle size. After polishing, the flakes were added to the paint solvent and applied to the Laneta card as a color. Some of the diffractive flakes in the paint solvent were sprayed onto objects of various shapes to show a decorative appearance.
図19は、1400列/mmの格子箔と、平均薄片サイズが約20ミクロンである1400列/mmの塗料展色の、見る人または走査角度の関数としての明るさ(L*)のグラフである。45度における大きなピークは、格子箔の0次または鏡面回折に対応し、-15度と10度の間に位置するピークは1次の角度広がり(angular spread)に対応する。2次も観察されているはずであり、実際に部分的に検出された。しかしながら、この位置において、2次の角度分散のほとんどについて、光源が試料と検出器の間にある。塗料展色の形式における薄片の集合は、箔よりも明るさは低いが、依然として回折効果を示すことがわかる。1次の強度は、鏡面反射と比較して相対的に高い。この明るさは、三次元の物体に噴霧されて点光源によって照らされたときに、十分に強く、明確に観察される。   Figure 19 is a graph of brightness (L *) as a function of viewer or scan angle for 1400 rows / mm grid foil and 1400 rows / mm paint color with an average flake size of approximately 20 microns. is there. The large peak at 45 degrees corresponds to the 0th order or specular diffraction of the grating foil, and the peak located between -15 degrees and 10 degrees corresponds to the first order angular spread. A second order should have been observed and was actually partially detected. However, at this position, for most of the second order angular dispersion, the light source is between the sample and the detector. It can be seen that the flake assembly in the paint color form is less bright than the foil but still exhibits a diffractive effect. The primary intensity is relatively high compared to specular reflection. This brightness is sufficiently strong and clearly observed when sprayed on a three-dimensional object and illuminated by a point light source.
図20は、500列/mm(直線)、1000列/mm(直線)、1400列/mm(方形および直線)、および2000列/mm(直線)というさまざまな周波数の薄片を使用して得られた塗料展色試料の、見る人または走査角度の関数としての明るさのグラフである。試料の平均薄片サイズは、2000列/mmの試料を除き、比較できるように約20ミクロンであり、2000列/mmの試料の平均薄片サイズは約17ミクロンであった。図20は、塗料展色における無秩序な向きの500列/mmの格子を持つ薄片が、回折次数のほとんどを失うか、または観察されるには弱すぎることを示している。1000列/mmの試料は、0次の近くに弱い1次回折効果を示したが、この強度は、1400列/mmの直線および十字の格子を持つ薄片と2000列/mmの格子を持つ薄片によって得られる1次の強度りもずっと低い。0次のL*/1次のL*の最高の比は、1400列/mmの直線試料によって得られ、このことは、この試料が最高の回折効果を示すはずであることを表す。しかしながら、薄片が三次元の物体に噴霧塗料として塗布されたときには、この結果は最終的なものではなかった。1400列/mmの直線および十字の試料と2000列/mmの試料は、すべて強い回折効果を示した。   Figure 20 is obtained using flakes of various frequencies: 500 rows / mm (straight line), 1000 rows / mm (straight line), 1400 rows / mm (square and straight line), and 2000 rows / mm (straight line). FIG. 6 is a graph of brightness as a function of viewer or scan angle for a paint-extended sample. The average flake size of the sample was about 20 microns for comparison, except for the 2000 row / mm sample, and the average flake size of the 2000 row / mm sample was about 17 microns. FIG. 20 shows that flakes with a disordered orientation of 500 rows / mm grating in paint color loss lose most of the diffraction orders or are too weak to be observed. The 1000 row / mm sample showed a weak first-order diffraction effect near the 0th order, but this intensity was reduced to flakes with 1400 rows / mm linear and cross gratings and 2000 row / mm gratings. The primary strength obtained by is much lower. The highest ratio of 0th order L * / 1st order L * was obtained with a 1400 row / mm linear sample, indicating that this sample should exhibit the highest diffraction effect. However, this result was not final when the flakes were applied as a spray paint to a three-dimensional object. The 1400 line / mm line and cross samples and the 2000 line / mm sample all showed strong diffraction effects.
さまざまな展色試料を作成するために、1400列/mmの直線格子によって製作され、かつ平均薄片サイズが20ミクロンである回折格子が使用された。これらの試料は、3.9 gの塗料溶剤とそれぞれ混合された0.05、0.1、0.15 gの量の薄片を含んでいた。さらに、研磨されていない薄片と、平均粒子サイズが62ミクロンである薄片の展色試料も、平均薄片サイズが20ミクロンである試料と同じコーティング工程から作成された。図21は、これらの塗料展色試料の、見る人または走査角度の関数としての明るさのグラフである。回折理論と解像力の定義とに基づくと、薄片が大きいほど回折効果は強い。このことは、最高の1次効果を示した62ミクロンと未研磨の薄片試料から確認された。また、格子を持たない薄片の場合には、粒子のサイズ、厚さ、および湾曲が、塗料展色の作成における薄片と溶剤の最適な比に強く影響することも知られている。薄片対塗料の比が0.15/3.9で作成された展色は、おそらくは不適なリーフィング状態に起因して、最も弱い回折効果を示した。   In order to produce various color developed samples, diffraction gratings fabricated with 1400 rows / mm linear gratings and having an average flake size of 20 microns were used. These samples contained flakes in amounts of 0.05, 0.1, and 0.15 g mixed with 3.9 g of paint solvent, respectively. In addition, unpolished flakes and color developed samples of flakes with an average particle size of 62 microns were also produced from the same coating process as samples with an average flake size of 20 microns. FIG. 21 is a graph of the brightness of these paint-extended samples as a function of viewer or scan angle. Based on diffraction theory and definition of resolving power, the larger the flake, the stronger the diffraction effect. This was confirmed from the 62 micron and unpolished flake samples that showed the best primary effects. It is also known that in the case of flakes without a lattice, the size, thickness and curvature of the particles strongly influence the optimum ratio of flakes to solvent in the creation of a paint color. The color developed with a flake to paint ratio of 0.15 / 3.9 showed the weakest diffraction effect, possibly due to an inappropriate leafing condition.
図22〜25は、それぞれ薄片格子周波数500、1000、1400、および2000列/mmを持つ塗料展色における薄片の集合の場合の、a*b*色空間における色の変動を示す。薄片の集合から反射された各回折次数には、前述されている式1によって公式化されているように、角度βだけ隔てられた可視光の波長すべてが含まれる。Murakami Gonio氏の光分光計が特定の回折次数を走査するとき、この分光計は可視スペクトル全体を検出する。従って、走査された回折次数それぞれは、a*b*図の中に円を形成する。これは、1000列/mmの格子周波数に対応する図23に示されている。2次は、原点に近い方の円(低い彩度)を形成し、1次は原点から離れた方の円(高い彩度)を形成する。a*とb*が単調に変化しているほぼまっすぐの線は、0次の回折に対応する。   FIGS. 22-25 show the color variation in the a * b * color space for a set of flakes in paint color development with flake grating frequencies of 500, 1000, 1400, and 2000 columns / mm, respectively. Each diffraction order reflected from a set of flakes includes all wavelengths of visible light separated by an angle β, as formulated by Equation 1 above. When Murakami Gonio's light spectrometer scans a specific diffraction order, it detects the entire visible spectrum. Thus, each scanned diffraction order forms a circle in the a * b * diagram. This is shown in FIG. 23, corresponding to a grid frequency of 1000 rows / mm. The secondary forms a circle closer to the origin (low saturation), and the primary forms a circle away from the origin (high saturation). The almost straight line with a * and b * changing monotonically corresponds to the 0th order diffraction.
図22は、500列/mmの塗料展色の色変動を示す。この場合、複数の次数が観察された。最高次数では、非常に小さい彩度を示し、最低の次数では彩度は増した。さらに留意すべき点として、異なる次数からの波長の重ね合わせが存在する角度については、曲線の軌跡は完全な円ではなかった。重ね合わせが起こるとき、観察される色は、光ビームの加法的な色混合現象によって制御される。例として、青と黄色のビーム(補色)が混合される場合、結果のビームは観察者には白く見える。さらに、鏡面反射の彩度は、回折次数の彩度よりずっと高かった。   FIG. 22 shows the color variation of the paint display color at 500 rows / mm. In this case, multiple orders were observed. The highest order showed very little saturation, and the lowest order increased saturation. It should be further noted that for the angles where there is a superposition of wavelengths from different orders, the curve trajectory was not a perfect circle. When superposition occurs, the observed color is controlled by the additive color mixing phenomenon of the light beam. As an example, if a blue and yellow beam (complementary colors) are mixed, the resulting beam appears white to the viewer. Furthermore, the saturation of specular reflection was much higher than the saturation of the diffraction orders.
1400列/mmの格子に対応する図24は、1つの円のみを示している。軌跡の各点の彩度は、鏡面反射に匹敵する。2000列/mmの試料の場合には、図25は、半円が形成されることを示しており、この場合にも各点の彩度は鏡面反射と同等である。これらの結果は、強い回折効果を得るためには、適切な回折周波数と溝深さを使用して最高次数を除外する必要があることを示している。   FIG. 24, corresponding to a 1400 row / mm grid, shows only one circle. The saturation of each point in the trajectory is comparable to specular reflection. In the case of a sample of 2000 rows / mm, FIG. 25 shows that a semicircle is formed, and in this case, the saturation at each point is equivalent to the specular reflection. These results show that in order to obtain a strong diffraction effect, it is necessary to exclude the highest order using an appropriate diffraction frequency and groove depth.
例12
図26〜30は、本発明に従って生成されたさまざまな研磨済み回折薄片を操作型電子顕微鏡によって撮影した写真である。具体的には、図26は1400列/mmの直線格子を持つ薄片を示し、図27は1400列/mmの十字格子を持つ薄片を示し、図28は2000列/mmの直線格子を持つ薄片を示しており、これらはすべて例11に関して上述されているように作成された。図29と30は、3000列/mmの直線格子を持つ薄片の写真である。図29と30により、高い格子周波数の場合にも、格子パターンを薄膜堆積層に転送して格子を持つ薄片を作ることができることが確認される。すべての場合において、得られた微細構造は非常に均質であり、このことは格子基板の複製が良好であることを示している。
Example 12
Figures 26-30 are photographs of various polished diffractive flakes produced in accordance with the present invention taken with an operating electron microscope. Specifically, FIG. 26 shows a flake with a linear grid of 1400 rows / mm, FIG. 27 shows a flake with a cross lattice of 1400 rows / mm, and FIG. 28 shows a flake with a straight grid of 2000 rows / mm. These were all made as described above with respect to Example 11. Figures 29 and 30 are photographs of flakes with a linear grid of 3000 rows / mm. FIGS. 29 and 30 confirm that the lattice pattern can be transferred to the thin film deposition layer to produce a flake with a lattice even at high lattice frequencies. In all cases, the resulting microstructure is very homogeneous, indicating a good replica of the lattice substrate.
例13
図31は、格子基板から離層させた回折顔料粒子のコーティング微細構造を示す断面透過電子顕微鏡写真である。具体的には、この顕微鏡写真は、誘電体層206と反射層208を含む多層コーティング構造を形成するために使用された2000列/mmの格子202を示している。離層ゾーン204は、格子202と誘電体層206の間に示されている。誘電体層206は、550 nmにおいてZnSの7 QWOT層であり、反射層208はAlの80 nm層である。ZnS層の物理厚さは約410 nmであり、従って物理コーティング厚さが約490 nmの薄膜堆積層を形成している。この顕微鏡写真は、コーティング層が格子202の輪郭に従っており、従ってコーティングされていない状態の格子の回折光学効果を維持するはずである。
Example 13
FIG. 31 is a cross-sectional transmission electron micrograph showing the coating microstructure of diffractive pigment particles delaminated from the grating substrate. Specifically, the photomicrograph shows a 2000 row / mm grating 202 used to form a multilayer coating structure including a dielectric layer 206 and a reflective layer 208. A delamination zone 204 is shown between the grating 202 and the dielectric layer 206. The dielectric layer 206 is a ZnS 7 QWOT layer at 550 nm, and the reflective layer 208 is an Al 80 nm layer. The physical thickness of the ZnS layer is about 410 nm, thus forming a thin film deposition layer with a physical coating thickness of about 490 nm. This photomicrograph should follow the contour of the grating 202 and therefore maintain the diffractive optical effect of the uncoated grating.
本発明は、その精神または基本的な特徴から逸脱することなく別の形式に具体化することができる。説明されている実施例は、あらゆる点において説明のみを目的とし、本発明を制限するものではないとみなされるものとする。従って、本発明の範囲は、上記の説明によってではなく、添付されている請求項によって示される。請求項と同等の意味および範囲に含まれるすべての変更は、請求項の範囲内に含まれるものとする。   The present invention may be embodied in other forms without departing from its spirit or basic characteristics. The described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive of the invention. The scope of the invention is, therefore, indicated by the appended claims rather than by the foregoing description. All changes that come within the meaning and range of equivalency of the claims are to be embraced within their scope.
多色光が回折格子によってその成分波長に分離されるようすを描いた図である。FIG. 5 is a diagram depicting a state in which polychromatic light is separated into its component wavelengths by a diffraction grating. 多色光が回折格子によってその成分波長に分離されるようすを描いた別の図である。It is another figure on which a polychromatic light was drawn so that it might be isolate | separated into the component wavelength by a diffraction grating. 本発明の1つの実施例による回折顔料薄片を形成するために使用される膜格子または箔格子の線図的な描写である。2 is a diagrammatic depiction of a film grating or foil grating used to form a diffractive pigment flake according to one embodiment of the present invention. 本発明の1つの実施例による回折顔料薄片のコーティング構造の線図的な表現である。1 is a diagrammatic representation of a coating structure of a diffractive pigment flake according to one embodiment of the present invention. 本発明の別の実施例による回折顔料薄片のコーティング構造の線図的な表現である。2 is a diagrammatic representation of a diffractive pigment flake coating structure according to another embodiment of the present invention. 本発明のさらなる実施例による回折顔料薄片のコーティング構造の線図的な表現である。2 is a diagrammatic representation of a diffractive pigment flake coating structure according to a further embodiment of the present invention. コーティング層のうちの1層に回折顔料薄片が組み込まれ、かつ別のコーティング層が非回折薄片を有する、多層コーティング物品の線図的な表現である。1 is a diagrammatic representation of a multilayer coated article in which a diffractive pigment flake is incorporated in one of the coating layers and another coating layer has a non-diffractive flake. コーティング層のうちの1層に回折顔料薄片が組み込まれ、かつ別のコーティング層が非回折薄片を有する、多層コーティング物品の線図的な表現である。1 is a diagrammatic representation of a multilayer coated article in which a diffractive pigment flake is incorporated in one of the coating layers and another coating layer has a non-diffractive flake. 回折顔料薄片と非回折顔料薄片の混合を含む単一コーティング層によってコーティングされた物品の線図的な表現である。1 is a diagrammatic representation of an article coated with a single coating layer comprising a mixture of diffractive pigment flakes and non-diffractive pigment flakes. 500列/mmの回折格子の場合の、垂直と45度の入射におけるさまざまな波長の回折角度を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction angle of various wavelengths in the case of a 500 lines / mm diffraction grating, and perpendicular and incidence of 45 degree | times. 1000列/mmの回折格子の場合の、垂直と45度の入射におけるさまざまな波長の回折角度を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction angle of various wavelengths in perpendicular | vertical and incident of 45 degree | times in the case of a diffraction grating of 1000 rows / mm. 1400列/mmの回折格子の場合の、垂直と45度の入射におけるさまざまな波長の回折角度を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction angle of various wavelengths in the case of a 1400 line / mm diffraction grating in perpendicular and 45 degree incidence. 2000列/mmの回折格子の場合の、垂直と45度の入射におけるさまざまな波長の回折角度を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction angle of various wavelengths in the case of 2000 lines / mm diffraction grating, and perpendicular and incidence of 45 degree | times. 2400列/mmの回折格子の場合の、垂直と45度の入射におけるさまざまな波長の回折角度を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction angle of various wavelengths in the case of a 2400 line / mm diffraction grating in perpendicular and incidence of 45 degree | times. 2500列/mmの回折格子と3000列/mmの回折格子の場合の、垂直と45度の入射におけるさまざまな波長の回折角度を示すグラフである。It is a graph which shows the diffraction angle of various wavelengths in perpendicular | vertical and incident of 45 degree | times in the case of a diffraction grating of 2500 rows / mm and a diffraction grating of 3000 rows / mm. 光のさまざまな波長について、垂直と60度の入射における、さまざまな溝の深さに対する、1400列/mmのアルミナ化された正弦波格子の理論的な効率を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the theoretical efficiency of a 1400 row / mm aluminized sinusoidal grating for various groove depths at various angles of light at normal and 60 degree incidence. 光のさまざまな波長について、垂直と60度の入射における、さまざまな溝の深さに対する、1400列/mmのアルミナ化された正弦波格子の理論的な効率を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the theoretical efficiency of a 1400 row / mm aluminized sinusoidal grating for various groove depths at various angles of light at normal and 60 degree incidence. さまざまな溝の深さに対する、1000列/mmのアルミナ化された正弦波格子と方形波格子の理論的な効率を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the theoretical efficiency of 1000 rows / mm aluminized sine and square wave gratings for various groove depths. さまざまな溝の深さに対する、1000列/mmのアルミナ化された正弦波格子と方形波格子の理論的な効率を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the theoretical efficiency of 1000 rows / mm aluminized sine and square wave gratings for various groove depths. 本発明によるいくつかの回折構造の、見る角度の関数としての明るさを示すグラフである。4 is a graph showing the brightness as a function of viewing angle for several diffractive structures according to the present invention. 本発明によるいくつかの回折構造の、見る角度の関数としての明るさを示すグラフである。4 is a graph showing the brightness as a function of viewing angle for several diffractive structures according to the present invention. 本発明によるいくつかの回折構造の、見る角度の関数としての明るさを示すグラフである。4 is a graph showing the brightness as a function of viewing angle for several diffractive structures according to the present invention. 本発明によって作製されたさまざまな回折構造の色軌跡と色度をプロットしたa*b*図である。FIG. 4 is an a * b * diagram plotting color trajectories and chromaticities of various diffractive structures made according to the present invention. 本発明によって作製されたさまざまな回折構造の色軌跡と色度をプロットしたa*b*図である。FIG. 4 is an a * b * diagram plotting color trajectories and chromaticities of various diffractive structures made according to the present invention. 本発明によって作製されたさまざまな回折構造の色軌跡と色度をプロットしたa*b*図である。FIG. 4 is an a * b * diagram plotting color trajectories and chromaticities of various diffractive structures made according to the present invention. 本発明によって作製されたさまざまな回折構造の色軌跡と色度をプロットしたa*b*図である。FIG. 4 is an a * b * diagram plotting color trajectories and chromaticities of various diffractive structures made according to the present invention. 本発明によって作製されたさまざまな回折顔料薄片を走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed various diffraction pigment flakes produced by this invention with the scanning electron microscope. 本発明によって作製されたさまざまな回折顔料薄片を走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed various diffraction pigment flakes produced by this invention with the scanning electron microscope. 本発明によって作製されたさまざまな回折顔料薄片を走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed various diffraction pigment flakes produced by this invention with the scanning electron microscope. 本発明によって作製されたさまざまな回折顔料薄片を走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed various diffraction pigment flakes produced by this invention with the scanning electron microscope. 本発明によって作製されたさまざまな回折顔料薄片を走査型電子顕微鏡によって撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed various diffraction pigment flakes produced by this invention with the scanning electron microscope. 本発明の回折顔料薄片のコーティング微細構造を示す断面透過型電子顕微鏡写真である。It is a cross-sectional transmission electron micrograph which shows the coating fine structure of the diffraction pigment flakes of this invention.
符号の説明Explanation of symbols
10 従来の回折格子
20 箔格子
22 回折構造
24 コーティング層
30 回折薄片
32 反射体層
34、36 誘電体層
40 回折薄片
42 誘電体層
44 反射体層
50 回折顔料薄片
52 支持誘電体層
54a、54b 反射体層
56 回折構造
100 被コーティング物品
102 表面セクション
104 回折コーティング層
106 非回折コーティング層
120 被コーティング物品
122 表面セクション
124 コーティング層
126 回折薄片
128 非回折薄片
202 格子
204 離層ゾーン
206 誘電体層
208 反射層
10 Conventional diffraction grating
20 Foil lattice
22 Diffraction structure
24 Coating layer
30 diffraction flakes
32 Reflector layer
34, 36 Dielectric layer
40 diffraction flakes
42 Dielectric layer
44 Reflector layer
50 Diffraction pigment flakes
52 Support dielectric layer
54a, 54b Reflector layer
56 Diffractive structure
100 Coated article
102 Surface section
104 Diffraction coating layer
106 Non-diffractive coating layer
120 Coated article
122 Surface section
124 Coating layer
126 Diffraction flake
128 Non-diffractive flake
202 lattice
204 Delamination zone
206 Dielectric layer
208 Reflective layer

Claims (20)

  1. 一主面と、対向する第二主面と、少なくとも1つの側面とを有する、第一材料を備える、中心反射体層、
    前記中心反射体層の前記第一主面を覆う誘電体材料を備える第一誘電体層、及び
    前記中心反射体層の前記第二主面を覆う第二誘電体層、
    備える回折顔料薄片であって
    前記中心反射体層、前記第一誘電体層及び第二誘電体層の全てが、少なくとも1,400格子列/mmと少なくとも150 nmの格子深さを有する回折格子パターンを有する、
    回折顔料薄片。
    A first main surface, Ru includes a second opposed major surfaces, and at least one side surface, the first material, the central reflector layer,
    It said central reflector layer first dielectric layer Ru comprising a dielectric material covering the first major surface, and a second dielectric layer covering the second main surface of the central reflector layer,
    A diffractive pigment flake comprising :
    It said central reflector layer, all of the first dielectric layer and the second dielectric layer has a diffraction grating pattern having at least 1,400 lattice columns / mm and grating depth of at least 0.99 nm,
    Diffraction pigment flakes.
  2. 前記中心反射体層が、40 nm〜200 nmの物理厚さを有する、請求項1に記載回折顔料薄片。The diffractive pigment flake of claim 1, wherein the central reflector layer has a physical thickness of 40 nm to 200 nm.
  3. 前記第一および第二誘電体層が、前記第一および第二主面のそれぞれの上に存在するが、前記中心反射体層の前記少なくとも1つの側面上には存在しない、請求項または2に記載回折顔料薄片。Said first and second dielectric layer is present on each of said first and second major surface, not on the at least one side of the central reflector layer, according to claim 1 or 2 The diffractive pigment flake described in 1.
  4. 前記第一および第二誘電体層それぞれが、1ミクロン以下の物理厚さを有する、請求項の何れかに記載回折顔料薄片。The diffraction pigment flake according to any one of claims 1 to 3 , wherein each of the first and second dielectric layers has a physical thickness of 1 micron or less.
  5. 前記回折格子パターンが、
    1400〜3500格子列/mmと、
    150 nm〜230 nmの格子深さと、
    を有する、請求項の何れかに記載回折顔料薄片。
    The diffraction grating pattern is
    1400-3500 grid rows / mm,
    With a grating depth of 150 nm to 230 nm,
    The diffractive pigment flakes according to any one of claims 1 to 4 , comprising:
  6. 前記第一および第二誘電体層が、前記中心反射体層を囲む連続する誘電体層の一部を形成する、請求項の何れかに記載回折顔料薄片。The diffractive pigment flake according to any one of claims 1 to 5 , wherein the first and second dielectric layers form part of a continuous dielectric layer surrounding the central reflector layer.
  7. 前記回折顔料薄片が、500 nm〜1400 nmの物理厚さを有する、請求項の何れかに記載回折顔料薄片。The diffractive pigment flakes, 500 to 1400 have a physical thickness of nm, diffractive pigment flakes according to any one of claims 1 to 6.
  8. 前記第一材料が、アルミニウム、銀、銅、金、白金、錫、チタン、パラジウム、ニッケル、コバルト、ロジウム、ニオビウム、クロムと、これらの化合物、混合物、または合金から成るグループから選択される、請求項1〜の何れかに記載回折顔料薄片。The first material is selected from the group consisting of aluminum, silver, copper, gold, platinum, tin, titanium, palladium, nickel, cobalt, rhodium, niobium, chromium and their compounds, mixtures , or alloys. Item 8. A diffraction pigment flake according to any one of Items 1 to 7 .
  9. 前記誘電体材料が、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、フッ化セリウム、フッ化ランタン、フッ化ネオジム、フッ化サマリウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、及びこれらの混合物から成るグループから選択される、請求項の何れかに記載回折顔料薄片。Said dielectric material, magnesium fluoride, silicon dioxide, aluminum oxide, aluminum fluoride, cerium fluoride, lanthanum fluoride, neodymium fluoride, samarium fluoride, barium fluoride, calcium fluoride, lithium and, The diffractive pigment flake according to any one of claims 1 to 8 , selected from the group consisting of these mixtures .
  10. 20 nm〜300 nmの溝深さを有する回折格子を備える、請求項1に記載の回折顔料薄片。Ru with a diffraction grating having a groove depth of 2 0 nm~300 nm, diffractive pigment flakes according to claim 1.
  11. 料媒体と、
    前記顔料媒体内に分散されている請求項1〜10の何れかに記載の複数の回折顔料薄片と、
    備える回折組成物。
    And face charges media,
    A plurality of diffractive pigment flakes according to any one of claims 1 to 10 dispersed in the pigment medium;
    Diffraction composition comprising a.
  12. 前記顔料媒体が、アクリルメラミン、ウレタン、ポリエステル、ビニル樹脂、アクリル酸塩、メタクリル酸メチル、ABS樹脂、エポキシ、スチレン、アルキド樹脂をベースとするインクおよび塗料調合物、並びにこれらの混合物から成るグループから選択される材料を備える、請求項11に記載回折組成物。Wherein the pigment medium is selected from the group consisting of acrylic melamine, urethanes, polyesters, vinyl resins, acrylate, methyl methacrylate, ABS resin, epoxy, styrene, alkyd resin ink and paint formulations based, as well as from the group consisting of mixtures It comprises a material selected diffraction composition of claim 11.
  13. 前記回折顔料薄片が、凹版印刷、リソグラフィー、シルクスクリーン、グラビア、ドクターブレード、およびウェットコーティングから成るグループから選択される印刷工程において使用するために好適な、前記顔料媒体中におけるあらかじめ選択されたサイズとローディングとを有する、請求項11に記載回折組成物。A preselected size in the pigment medium suitable for use in a printing process wherein the diffractive pigment flake is selected from the group consisting of intaglio printing, lithography, silk screen, gravure, doctor blade, and wet coating; The diffractive composition of claim 11, having a loading.
  14. 前記回折組成物が、インクまたは塗料を備える、請求項11に記載回折組成物。The diffractive composition comprises an ink or paint, the diffraction composition according to claim 11.
  15. 前記顔料媒体が、化粧品調合品または成形もしくは押出加工することのできるプラスチック材料である、請求項11に記載回折組成物。12. A diffractive composition according to claim 11, wherein the pigment medium is a cosmetic formulation or a plastic material that can be molded or extruded.
  16. 前記顔料媒体内に分散された複数の非回折顔料薄片をさらに備える、請求項11に記載回折組成物。Further comprising a plurality of non-diffractive pigment flakes dispersed in the pigment medium, the diffraction composition of claim 11.
  17. 面を有する物体と、
    前記表面の少なくとも一部を覆う回折コーティング層であって、前記コーティング層が、請求項1116の何れかに記載の回折組成物を備える、回折コーティング層と、
    備えるコーティングされた物品。
    A body having a front surface,
    A diffractive coating layer covering at least a portion of said surface, said coating layer comprises a diffractive composition according to any one of claims 11 to 16, the diffractive coating layer,
    Coated article comprising a.
  18. 前記回折コーティング層の下に下地コーティング層または非回折コーティング層をさらに備える、請求項17に記載のコーティングされた物品。Wherein below the diffraction coating layer further comprises a base coating layer or a non-diffractive coating layer, the coated article of claim 17.
  19. 前記回折コーティング層を覆う透明な上面コーティング層または非回折コーティング層をさらに備える、請求項17または18に記載のコーティングされた物品。Further comprising a transparent top coating layer or a non-diffractive coating layer covering the diffractive coating layer, the coated article according to claim 17 or 18.
  20. 前記コーティングされた物品が、自動車またはセキュリティ文書である、請求項1718、または19に記載のコーティングされた物品。Article the coated article, to an automobile or security document, coated according to claim 17, 18 or 19,.
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